光伏发电的运行与控制研究【字数：11556】
现代社会的科技和经济的时刻不停的飞速发展，对电力的需求越发增大。传统电网的可靠性以及安全问题随着其规模的不断的增大，逐渐暴露出来，伴随而来的还有传统能源的枯竭以及环境污染等其它问题。与此同时，人们逐渐把目光聚焦到了以风能、太阳能为代表的的可再生清洁能源上。本文主要研究光伏发微电网系统中MPPT控制，以及对微电网中下垂式控制等相关问题。光伏发电由于会受到外界条件和自身因素的影响，输出特性为非线性。输出功率在输出曲线达到顶点时才有最大输出。要提高光伏发电效率，就需要对光伏电池工作点进行实时调整。本次研究尝试了利用变步长扰动观察法的最大功率点跟踪方法来提高光伏系统输出的效率。而后，本文探讨了低压微电网的下垂式控制方法。下垂式控制对线路阻感比的依赖程度较高，这使得要对线路阻抗呈阻性以及阻感性的低压微电网电能进行有效控制变得相对困难。
Keywords: photovoltaic power; generation ;microgrid droop control 目录
1、 概述 1
1.1课题背景及意义 1
1.2微电网发展的现状 1
1.3光伏发电 MPPT 控制技术的研究现状 3
1.4微电网下垂控制研究现状 4
1.5Matlab/simulink介绍 5
2、 光伏发电最大功率点跟踪控制 6
2.1光伏电池的输出功率特性 6
2.2常用的最大功率点跟踪的方法 7
2.2.1恒定电压法 7
2.2.2增量电导法 7
2.2.3扰动观察法 7
2.3变步长扰动观察法 12
2.3.1变步长扰动观察法理论分析 12
2.3.2变步长扰动观察法仿真及结果 14
3、 低压微电网三相逆变器下垂式控制研究 18
3.1三相逆变器的下垂式控制单元分析设计 18
3.2微电网其他单元设计分析 20
3.3simulink仿真模型及波形 21
4、 小结 28
参考文献 29
致 谢 30
概述
1.1课题背景及意义
当今社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，伴随着传统化石能源的逐渐枯竭，越发重视起以太阳能，风能及核能等可再生能源为主的清洁能源的开发利用。太阳能、风电在国内已经成为研究热点问题，于近些年得到越来越多的关注。根据2016年国家市场调查报告来看，我国的可再生能源市场规模已达全球首位，在经济性、核心技术还有国际市场竞争力方面都有显著增强。国家的《可再生能源发展“十三五”规划》，为我国在发展清洁能源的过程中可能出现的各类问题和困难，都提出了较为具体的相关解决方法，并且给我国能源发展指明了未来五年的发展道路，是我国在“十三五”时期推动发展可再生能源的重要支持和依据。
根据近些年相关文献表示，目前地球保有的煤炭存量还能使用约一个世纪，石油存量截止2008年还有1708亿吨，在今后半个世纪左右也将会消耗殆尽。而大量使用传统化石能源造成的环境污染也在不断加重，使得治理的成本一直在提高。自2003年美加大停电事件以后，传统电网的弱点显现出来，世界上大量学者研究认为分布式电源与传统电网相比较，有着更高的安全度和可靠性，并且在改造上更加快速便捷。而在2008年，我国南部发生的重大雪灾事件造成的大规模停电事故，也反映了不仅应当发展传统大电网，同时也需要重视分布式微电网的发展和建设。这样在极端灾害环境下，即使传统电网供电产生问题，也可以做到维持用户最低的生活保障和最少的能源供给，保持一定程度的电力供给。
微电网有着许多的优点，不仅可以实现就地发电就地用电，其对环境产生的影响也是微乎其微的。另外由于输电距离相对来说极短，微电网在输变电上的损耗极少，在输电过程中产生的损耗也小。另外微电网在平时也可以作为大电网功率分配的补充。不过同时微电网也存在一些缺陷，就本文研究的光伏系统来说，光伏系统极其容易受到外接条件的干扰，比如光照强度和温度，这造成了光伏微电网发电功率的随机波动性，使得能源利用率难以保持在最大值。另外，一旦电力系统产生了故障，微电网就必须退出联网，以确保系统的其他部分还可以正常运行。
1.2微电网发展的现状
2001年时，美国知名的Wisconsin大学（后文称威斯康辛大学）拉塞特教授最早完成了微电网的构想。为了验证这一构思，他首先在当地组装了一个测试性质的微电网，其内部分布式电源主要由电池以及微型的燃汽轮机等供能装置组成。威斯康辛大学在此基础上 开始研究更具实用性的微电网系统。欧盟和美国的学术机构在研究过程中也相继提出了微电网的基本构成要求。相较于大型供电网络，微电网是作为灵活可控的单元，其组成包括负载，微能源和储能装置，既能做到具有可以符合附件负载特殊供电品质的需求的标准，又可以快速产生作用并且达到大型规模电网的标准。同时，微电网还要做到能增加原本电网稳定性，降低输电线路的过程消耗。
作为全球最有影响力的微电网研究机构，2003年美国CERTS在其编写的《微电网概念》中提出了微电网的定义。这一概念的可行性验证就是基于上文提到的2001年拉塞特教授组织的实验。此后，美国能源部在“Grid 2030”战略规划里制定详细的规划，该计划比较详细地规划了未来美国新能源微电网的战略布局，并计划在美国国内设置和应用微型分布式发电系统。
欧洲则在2005年制定了“智能电网”的计划。该计划旨在提高欧洲现有供电系统的安全度，同时在不对现有市场造成负面影响的情况下，达到保护环境的目的。在06年推出这项计划的技术性实施规划，现如今，More Microgrids与Microgrids已经是欧洲主要在实施的两项微电网工程计划，欧盟希望通过这项工程推动发展实现智能电网的高效清洁等优点。并且这一项目已经基本完成了微电网的运行、保护、控制、安全和通信等理论方面的研究。并且已经先后在欧洲一些国家搭建了多级别微网运行平台。 目前，包括 Simens、 ABB在内的企业以及部分欧盟成员国的科研团队与电力公司在内，这些机构的研究内容也涉及到了复数个微电网并连工作，为达到今后能在现有的电力市场背景下进行微电网方向的转型提前做准备。
日本作为能源是严重缺少岛国，在新能源开发方面投入极大。对微电网研究时，其研究机构把由普通电源供电的自主电力系统也归入到研究范畴，这一举措大大扩展了微电网的涵盖范围。基于这一研究，日本已经进行了很多本土的微网项目。受限于地理条件造成的能源短缺，日本的科技研发始终把新能源的应用作为研究热点之一，其政府还专门建立了NEDO机构。该机构负责管理科研院所、企事业单位和高等院校等单位对高效率利用可再生清洁能源的科学项目研究。2003 年，NEDO牵头在京都县、爱知县和青森县建设了用来验证研究成果实用性的微电网示范性工程，该项目旨在测试可再生能源区域配电网项目实用性和稳定性。而后NEDO又在仙台建设了一个验证电能质量可靠性的示范性服务微电网，这一项目于2006年结束。
Keywords: photovoltaic power; generation ;microgrid droop control 目录
1、 概述 1
1.1课题背景及意义 1
1.2微电网发展的现状 1
1.3光伏发电 MPPT 控制技术的研究现状 3
1.4微电网下垂控制研究现状 4
1.5Matlab/simulink介绍 5
2、 光伏发电最大功率点跟踪控制 6
2.1光伏电池的输出功率特性 6
2.2常用的最大功率点跟踪的方法 7
2.2.1恒定电压法 7
2.2.2增量电导法 7
2.2.3扰动观察法 7
2.3变步长扰动观察法 12
2.3.1变步长扰动观察法理论分析 12
2.3.2变步长扰动观察法仿真及结果 14
3、 低压微电网三相逆变器下垂式控制研究 18
3.1三相逆变器的下垂式控制单元分析设计 18
3.2微电网其他单元设计分析 20
3.3simulink仿真模型及波形 21
4、 小结 28
参考文献 29
致 谢 30
概述
1.1课题背景及意义
当今社会 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，伴随着传统化石能源的逐渐枯竭，越发重视起以太阳能，风能及核能等可再生能源为主的清洁能源的开发利用。太阳能、风电在国内已经成为研究热点问题，于近些年得到越来越多的关注。根据2016年国家市场调查报告来看，我国的可再生能源市场规模已达全球首位，在经济性、核心技术还有国际市场竞争力方面都有显著增强。国家的《可再生能源发展“十三五”规划》，为我国在发展清洁能源的过程中可能出现的各类问题和困难，都提出了较为具体的相关解决方法，并且给我国能源发展指明了未来五年的发展道路，是我国在“十三五”时期推动发展可再生能源的重要支持和依据。
根据近些年相关文献表示，目前地球保有的煤炭存量还能使用约一个世纪，石油存量截止2008年还有1708亿吨，在今后半个世纪左右也将会消耗殆尽。而大量使用传统化石能源造成的环境污染也在不断加重，使得治理的成本一直在提高。自2003年美加大停电事件以后，传统电网的弱点显现出来，世界上大量学者研究认为分布式电源与传统电网相比较，有着更高的安全度和可靠性，并且在改造上更加快速便捷。而在2008年，我国南部发生的重大雪灾事件造成的大规模停电事故，也反映了不仅应当发展传统大电网，同时也需要重视分布式微电网的发展和建设。这样在极端灾害环境下，即使传统电网供电产生问题，也可以做到维持用户最低的生活保障和最少的能源供给，保持一定程度的电力供给。
微电网有着许多的优点，不仅可以实现就地发电就地用电，其对环境产生的影响也是微乎其微的。另外由于输电距离相对来说极短，微电网在输变电上的损耗极少，在输电过程中产生的损耗也小。另外微电网在平时也可以作为大电网功率分配的补充。不过同时微电网也存在一些缺陷，就本文研究的光伏系统来说，光伏系统极其容易受到外接条件的干扰，比如光照强度和温度，这造成了光伏微电网发电功率的随机波动性，使得能源利用率难以保持在最大值。另外，一旦电力系统产生了故障，微电网就必须退出联网，以确保系统的其他部分还可以正常运行。
1.2微电网发展的现状
2001年时，美国知名的Wisconsin大学（后文称威斯康辛大学）拉塞特教授最早完成了微电网的构想。为了验证这一构思，他首先在当地组装了一个测试性质的微电网，其内部分布式电源主要由电池以及微型的燃汽轮机等供能装置组成。威斯康辛大学在此基础上 开始研究更具实用性的微电网系统。欧盟和美国的学术机构在研究过程中也相继提出了微电网的基本构成要求。相较于大型供电网络，微电网是作为灵活可控的单元，其组成包括负载，微能源和储能装置，既能做到具有可以符合附件负载特殊供电品质的需求的标准，又可以快速产生作用并且达到大型规模电网的标准。同时，微电网还要做到能增加原本电网稳定性，降低输电线路的过程消耗。
作为全球最有影响力的微电网研究机构，2003年美国CERTS在其编写的《微电网概念》中提出了微电网的定义。这一概念的可行性验证就是基于上文提到的2001年拉塞特教授组织的实验。此后，美国能源部在“Grid 2030”战略规划里制定详细的规划，该计划比较详细地规划了未来美国新能源微电网的战略布局，并计划在美国国内设置和应用微型分布式发电系统。
欧洲则在2005年制定了“智能电网”的计划。该计划旨在提高欧洲现有供电系统的安全度，同时在不对现有市场造成负面影响的情况下，达到保护环境的目的。在06年推出这项计划的技术性实施规划，现如今，More Microgrids与Microgrids已经是欧洲主要在实施的两项微电网工程计划，欧盟希望通过这项工程推动发展实现智能电网的高效清洁等优点。并且这一项目已经基本完成了微电网的运行、保护、控制、安全和通信等理论方面的研究。并且已经先后在欧洲一些国家搭建了多级别微网运行平台。 目前，包括 Simens、 ABB在内的企业以及部分欧盟成员国的科研团队与电力公司在内，这些机构的研究内容也涉及到了复数个微电网并连工作，为达到今后能在现有的电力市场背景下进行微电网方向的转型提前做准备。
日本作为能源是严重缺少岛国，在新能源开发方面投入极大。对微电网研究时，其研究机构把由普通电源供电的自主电力系统也归入到研究范畴，这一举措大大扩展了微电网的涵盖范围。基于这一研究，日本已经进行了很多本土的微网项目。受限于地理条件造成的能源短缺，日本的科技研发始终把新能源的应用作为研究热点之一，其政府还专门建立了NEDO机构。该机构负责管理科研院所、企事业单位和高等院校等单位对高效率利用可再生清洁能源的科学项目研究。2003 年，NEDO牵头在京都县、爱知县和青森县建设了用来验证研究成果实用性的微电网示范性工程，该项目旨在测试可再生能源区域配电网项目实用性和稳定性。而后NEDO又在仙台建设了一个验证电能质量可靠性的示范性服务微电网，这一项目于2006年结束。
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