光伏发电系统的等值聚合
摘 要光伏发电系统（PV System）是把太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏特效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统和分布式太阳能光伏发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。本文选取了光伏电池模型作为基础，对光伏电池进行了建模仿真，研究了其输出特性曲线，实现了Boost升压以及MPPT最大功率跟踪。光伏电池需要通过DC-AC逆变器将直流电逆变为三相交流电，然后并入电网中。逆变器的控制起着至关重要的作用，是研究微电网控制的基础。本文搭建并仿真了光伏电池的三相并网模型，研究了电压和功率两种PWM控制方法。光伏系统的等值需要通过电源参数、控制器参数的调整来实现。本文研究了多个光伏电源的等值，研究了基于故障情况下的并网模型的等值研究。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪 论 1
1.1世界能源和可再生能源的利用现状 1
1.2国内外分布式发电概述 1
1.2.1?国外光伏发电产业的现状 1
1.2.2?我国光伏产业的发展? 2
1.2.3?光伏发电的趋势? 3
1.3课题意义与研究内容 3
1.3.1课题意义 3
1.3.2研究内容 4
1.4本文研究的主要内容 4
第2章光伏发电系统 5
2.1光伏发电系统的基本组成 5
2.2分布式电源 5
2.3带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本构成 7
第3章 光伏电池的模型建立及仿真研究 8
3.1光伏电池 8
3.1.1光伏电池的工作原理 8
3.2光伏电池的数学模型 9
3.2.1光伏电池等效电路图 9
3.2.2光伏电池数学模型 9
3.3光伏电池仿真模型的建立 11
3.4光伏电池的Simulink模型及仿
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
真运行结果 12
3.4.1光伏电池的Simulink模型 12
3.4.2光伏电池的Simulink模型仿真结果与分析 15
3.5本章小结 17
第4章 基于光伏电池的三相并网仿真分析 18
4.1最大功率跟踪控制模型 18
4.1.1最大功率跟踪原理 18
4.1.2常用的MPPT方法 19
4.1.3最大功率跟踪算法模型 20
4.1.4仿真分析 24
4.2三相光伏发电的并网模型 27
4.2.1三相光伏发电的并网主电路模型 27
4.2.2三相PV并网仿真模型 28
4.3本章小结 30
第5章 基于光伏电池模型的等值建模研究 31
5.1多个光伏电池的等值研究 31
5.2光伏并网模型的等值研究 34
5.3本章小结 38
第6章 总结 39
参考文献 40
致 谢 42
附 录 43
第1章 绪 论
1.1世界能源和可再生能源的利用现状
现今世界各型企业层出不穷，世界经济增长幅度大速度快。人类追求经济利益的同时所付出的代价也日益显著——环境严重污染、能源大量短缺以及生态急剧恶化。据专家预测，石油，天然气的消费现状，上半年，煤炭仅能维持一百年或二百年。据2012年《BP世界能源统计》的数据显示，全球范围内现已探查出的石油储量仅能够再生产54年，而天然气和煤炭也只能再供应65年和169年。[1]
太阳能以其独特的优势在众多新能源脱颖而出，成为了人们首要关注的焦点。太阳能不仅天然无污染，且是人类天生就可以使用的免费能源，太阳的寿命相对于人类而言是无限长的，因此太阳能就可以供人类无限的使用。此外，地热能和潮汐能也具有和太阳能相似的优势，有着很大的利用价值。总之，可再生能源技术将为人类带来一场电力系统领域的革命，将人类带入一个崭新的电力供给时代。
1.2国内外分布式发电产业的现状概述
1.2.1?国外光伏发电产业的现状
据权威数据表明，光伏系统的价格有望因为硅的成本降低而下降。薄膜太阳能电池是一种工艺简单并且可以节约半导体材料的新型电池，可以大幅降低生产成本。且其设备能耗低恢复期短，适用于大面积连续生产。可以说是当今世界发电产业的首要研究和发展方向。
国外光伏并网逆变器研究和开发的主要方向则集中在最大功率点跟踪和逆变器集成单级功率变换。控制电路主要采用数字控制，重视系统的安全性，可靠性和可扩展性。
政府在在光伏发电的发展初期投入了大量的资金和政策支持。但现在，光伏发电的发展已经进入了一个全新的阶段，变得越来越商品化，世界光伏市场也因此受到了巨大的影响。光伏电池已经由在通信设备、气象站和航站向电网结合供电常规方向和商业应用的方向发展。近几年来，全球光伏产业飞速发展，越来越受到人们的关注，其年平均增长率已达31.2%的年平均增长率快速发展。
国外发达国家在上世纪九十年代曾掀起一个发展“光伏屋顶发电系统”的研究与开发热潮。光伏屋顶发电系统只需将太阳能电池安装在屋顶就可以使用，不会占用太多的土地面积，因此非常适应于人口密度大用地面积少的居民区。太阳能的能量密度低，且光伏发电系统的灵活性和经济性也比一个大型并网光伏发电要好得多，因此它也因为有利于推广和战备核能源安全而让各国都对其越来越重视。1993年德国政府首先开始为一个“2000光伏屋顶计划”提供补贴支持，同时还制定了《可再生能源电力供应法》。这一举措极大地刺激了光伏市场。日本已经在与市场相结合的光伏发展建设项目上努力了近十年，在2010的时候，日本的光伏屋顶发电系统的总容量就已经达到了7600mw。日本的光伏屋顶发电系统有着其独特的一面——他们将太阳能电池组件和房屋建筑材料构成了一个整体，如“太阳能瓦”和“太阳能电池玻璃幕墙”等。这样一来建筑公司就可以很轻易地将太阳能电池安装在建筑物上了。
1.2.2?我国光伏产业的发展?
虽然与发达国家还有一定的差距，但我国通过十年的努力也在光伏发电技术上取得了较大进展，相信在不久的将来，中国的光伏供电技术将成为供电产业的主力军。在2000年前，光伏发电技术的主要应用领域主要是通信产业和农村电气化工业，这两个领域约占了总领域的百分之九十。目前，国内的光电池片生产能力达到4.5瓦，在西藏无水县已建成七个光伏发电站，最大功率为100kW。
并且中国在光伏发电产业发面的发展前景是非常广阔的。首先，中国太阳能资源十分丰富。据统计，在中国境内，年太阳辐射总量大于502000000焦耳/平方米且年日照时数大于2200小时的地区占国土总面积的三分之二。其次，我国现还有很多在西部偏远地区的人生活在没有电的环境下，光伏发电技术的进步和推广可以很好地解决西部偏远地区发电设施落后而导致的供电不足的问题。再者，东部沿海的经济发达地区对能源的依赖和需求都非常大，因此能源的消耗量也就非常巨大。如果利用太阳能作为补充或替代既能降低其他不可再生能源的消耗，又对中国光伏产业的发展提供了新的发展空间，可谓两全其美。
政府应该提供鼓励发展利用太阳能、支持对传统能源利用技术进行改造并给予税收优惠等扶持政策，以此来提高能源的利用效率，同时减少污染排放。并通过加速光伏发电技术的进步速度来在迅速增加清洁能源在能源消费中所占的比例，从而促进可再生能源产业的发展。总之，我国在光伏发电产业的发展未来必定是非常美好的。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪 论 1
1.1世界能源和可再生能源的利用现状 1
1.2国内外分布式发电概述 1
1.2.1?国外光伏发电产业的现状 1
1.2.2?我国光伏产业的发展? 2
1.2.3?光伏发电的趋势? 3
1.3课题意义与研究内容 3
1.3.1课题意义 3
1.3.2研究内容 4
1.4本文研究的主要内容 4
第2章光伏发电系统 5
2.1光伏发电系统的基本组成 5
2.2分布式电源 5
2.3带有最大功率跟踪功能的光伏发电系统的基本构成 7
第3章 光伏电池的模型建立及仿真研究 8
3.1光伏电池 8
3.1.1光伏电池的工作原理 8
3.2光伏电池的数学模型 9
3.2.1光伏电池等效电路图 9
3.2.2光伏电池数学模型 9
3.3光伏电池仿真模型的建立 11
3.4光伏电池的Simulink模型及仿
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
真运行结果 12
3.4.1光伏电池的Simulink模型 12
3.4.2光伏电池的Simulink模型仿真结果与分析 15
3.5本章小结 17
第4章 基于光伏电池的三相并网仿真分析 18
4.1最大功率跟踪控制模型 18
4.1.1最大功率跟踪原理 18
4.1.2常用的MPPT方法 19
4.1.3最大功率跟踪算法模型 20
4.1.4仿真分析 24
4.2三相光伏发电的并网模型 27
4.2.1三相光伏发电的并网主电路模型 27
4.2.2三相PV并网仿真模型 28
4.3本章小结 30
第5章 基于光伏电池模型的等值建模研究 31
5.1多个光伏电池的等值研究 31
5.2光伏并网模型的等值研究 34
5.3本章小结 38
第6章 总结 39
参考文献 40
致 谢 42
附 录 43
第1章 绪 论
1.1世界能源和可再生能源的利用现状
现今世界各型企业层出不穷，世界经济增长幅度大速度快。人类追求经济利益的同时所付出的代价也日益显著——环境严重污染、能源大量短缺以及生态急剧恶化。据专家预测，石油，天然气的消费现状，上半年，煤炭仅能维持一百年或二百年。据2012年《BP世界能源统计》的数据显示，全球范围内现已探查出的石油储量仅能够再生产54年，而天然气和煤炭也只能再供应65年和169年。[1]
太阳能以其独特的优势在众多新能源脱颖而出，成为了人们首要关注的焦点。太阳能不仅天然无污染，且是人类天生就可以使用的免费能源，太阳的寿命相对于人类而言是无限长的，因此太阳能就可以供人类无限的使用。此外，地热能和潮汐能也具有和太阳能相似的优势，有着很大的利用价值。总之，可再生能源技术将为人类带来一场电力系统领域的革命，将人类带入一个崭新的电力供给时代。
1.2国内外分布式发电产业的现状概述
1.2.1?国外光伏发电产业的现状
据权威数据表明，光伏系统的价格有望因为硅的成本降低而下降。薄膜太阳能电池是一种工艺简单并且可以节约半导体材料的新型电池，可以大幅降低生产成本。且其设备能耗低恢复期短，适用于大面积连续生产。可以说是当今世界发电产业的首要研究和发展方向。
国外光伏并网逆变器研究和开发的主要方向则集中在最大功率点跟踪和逆变器集成单级功率变换。控制电路主要采用数字控制，重视系统的安全性，可靠性和可扩展性。
政府在在光伏发电的发展初期投入了大量的资金和政策支持。但现在，光伏发电的发展已经进入了一个全新的阶段，变得越来越商品化，世界光伏市场也因此受到了巨大的影响。光伏电池已经由在通信设备、气象站和航站向电网结合供电常规方向和商业应用的方向发展。近几年来，全球光伏产业飞速发展，越来越受到人们的关注，其年平均增长率已达31.2%的年平均增长率快速发展。
国外发达国家在上世纪九十年代曾掀起一个发展“光伏屋顶发电系统”的研究与开发热潮。光伏屋顶发电系统只需将太阳能电池安装在屋顶就可以使用，不会占用太多的土地面积，因此非常适应于人口密度大用地面积少的居民区。太阳能的能量密度低，且光伏发电系统的灵活性和经济性也比一个大型并网光伏发电要好得多，因此它也因为有利于推广和战备核能源安全而让各国都对其越来越重视。1993年德国政府首先开始为一个“2000光伏屋顶计划”提供补贴支持，同时还制定了《可再生能源电力供应法》。这一举措极大地刺激了光伏市场。日本已经在与市场相结合的光伏发展建设项目上努力了近十年，在2010的时候，日本的光伏屋顶发电系统的总容量就已经达到了7600mw。日本的光伏屋顶发电系统有着其独特的一面——他们将太阳能电池组件和房屋建筑材料构成了一个整体，如“太阳能瓦”和“太阳能电池玻璃幕墙”等。这样一来建筑公司就可以很轻易地将太阳能电池安装在建筑物上了。
1.2.2?我国光伏产业的发展?
虽然与发达国家还有一定的差距，但我国通过十年的努力也在光伏发电技术上取得了较大进展，相信在不久的将来，中国的光伏供电技术将成为供电产业的主力军。在2000年前，光伏发电技术的主要应用领域主要是通信产业和农村电气化工业，这两个领域约占了总领域的百分之九十。目前，国内的光电池片生产能力达到4.5瓦，在西藏无水县已建成七个光伏发电站，最大功率为100kW。
并且中国在光伏发电产业发面的发展前景是非常广阔的。首先，中国太阳能资源十分丰富。据统计，在中国境内，年太阳辐射总量大于502000000焦耳/平方米且年日照时数大于2200小时的地区占国土总面积的三分之二。其次，我国现还有很多在西部偏远地区的人生活在没有电的环境下，光伏发电技术的进步和推广可以很好地解决西部偏远地区发电设施落后而导致的供电不足的问题。再者，东部沿海的经济发达地区对能源的依赖和需求都非常大，因此能源的消耗量也就非常巨大。如果利用太阳能作为补充或替代既能降低其他不可再生能源的消耗，又对中国光伏产业的发展提供了新的发展空间，可谓两全其美。
政府应该提供鼓励发展利用太阳能、支持对传统能源利用技术进行改造并给予税收优惠等扶持政策，以此来提高能源的利用效率，同时减少污染排放。并通过加速光伏发电技术的进步速度来在迅速增加清洁能源在能源消费中所占的比例，从而促进可再生能源产业的发展。总之，我国在光伏发电产业的发展未来必定是非常美好的。
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