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摘 要

随着能源问题逐渐变得紧迫，全球各地的国家开始高度重视发展新的能源和研究有关技术。然而，并网和接入系统的安全、稳定和可靠的运行对电网和光伏系统构成了新的挑战，因为它们的能源生产特点不同于传统发电。因此，对大型并网光伏发电站的运行特性和接入系统的研究已成为光伏行业和电力领域共同关心的一个重要问题。光伏电池板产生直流电，因此需要通过逆变器转换传输能量并连接到电网。并网逆变器是光伏板和电网之间的接口设备，因此研究其原理具有重要意义。在这个课题当中，讨论了光伏发电系统并网的工作原理，推导光伏并网的数学模型，研究了其电路结构和控制方法。与此同时，建立了一个控制框图。首先研究其并入电网的电路结构。接着研究光伏并网的控制策略。然后构建光伏系统运行的数学模型。最后，在经过上述的理论研究之后，建立一个光伏并网的仿真模型，并进行了仿真测试。

关键词：光伏并网发电；最大功率点跟踪；逆变；仿真

Study on operation principle modeling of grid-connected photovoltaic power system

Abstract

With the energy problem becoming more and more urgent, countries all over the world begin to attach great importance to the development of new energy sources and the research of related technologies.However, the safe, stable and reliable operation of grid-connected and access systems poses new challenges to power grids and photovoltaic systems, which have different energy production characteristics from conventional power generation.Therefore, the research on the operation characteristics and access system of large grid-connected photovoltaic power stations has become an important issue of common concern to the photovoltaic industry and the power field.Photovoltaic panels generate direct current electricity, so it must be converted to alternating current by an inverter before it can be fed into the grid.Grid-connected inverter is the interface equipment between photovoltaic panel and power grid, so it is of great significance to study its principle.This topic investigates the operation principle of the photovoltaic power generation grid-connected system, analyzes the mathematical model of the photovoltaic grid-connected system, studies the circuit structure and control strategy of the photovoltaic grid-connected system, and builds the control block diagram of the photovoltaic system incorporated into the grid.Firstly, the grid - connected circuit structure of photovoltaic system is studied.Then, the control strategy of photovoltaic grid-connected system is studied.Then build a mathematical model about the operation of the photovoltaic system.Finally, on the basis of the above theoretical research, the simulation model of photovoltaic grid-connected system is built and the simulation test is carried out.

Keywords: PV grid-connected power generation; MPPT; inverter; The simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题背景与意义 1

1.2 光伏发电并网系统运行原理 1

1.3 光伏发电并网系统仿真建模 2

1.4 本文研究内容 2

第二章 原理分析 3

2.1 光伏电池 3

2.1.1 光伏电池简介 3

2.1.2 光伏电池特性与电路模型 3

2.1.3 光伏电池模块与光伏阵列 5

2.2 MPPT原理 5

2.2.1 MPPT理论依据 5

2.2.2 MPPT的常见算法 6

2.2.3 MPPT的实现 8

2.3 坐标变换原理 9

2.4 SVPWM介绍 12

2.4.1 SVPWM基本原理 12

2.4.2 SVPWM具体算法 13

2.5 本章小结 16

第三章 电路设计 17

3.1 整体电路模型 17

3.2 LCL滤波参数设计要求 17

3.2.1 逆变侧滤波电感的设计要求 17

3.2.2 并网侧滤波电感的设计要求 17

3.2.3 滤波电容C的设计要求 18

3.2.4 谐振频率限制因素 18

3.3 本章小结 19

第四章 仿真分析 20

4.1 整体仿真模型 20

4.2 PVarray模块选择 20

4.3 MPPT对比分析 21

4.4 逆变的控制策略 22

4.5 最终输出结果 26

4.6 本章小结 28

致谢 29

参考文献 30

附录 32

第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

人类的生存和发展离不开能源，它是社会发展和进步不可或缺的物质基础我国作为发展中的人口大国，随着改革开发后国家经济和人民生活水平的提高，能源消耗大大增加，本就资源匮乏的问题变得更加严峻。虽然资源匮乏可以通过进口得到一定程度的缓解，但能源匮乏以及其带来的经济、国家安全问题仍是我国目前面临的巨大挑战^[1,2]。

随着中国乃至世界对环境问题的日益重视，能源消耗与环境污染间的矛盾也变得日益突出，而新能源产业的大力发展将是解决这一问题和保证我国经济可持续发展的关键。国家发改委和国家能源局发布的《电力发展“十三五”规划》要着力解决弃风、弃光的问题，要求将弃风、弃光率控制在合理水平。规划的发布再次从国家层面将优化电源结构、发展新能源提到新高度，可预见风电、光伏的渗透率将进一步提升，高比例可再生能源将成为未来电力系统的重要趋势，随之电网的规划和运行也将面临新的挑战^[3,4]。光伏发电具有随机波动性和不连续性，且缺乏传统汽轮机机组所拥有的转动惯量，随着光伏电站接入容量的逐步增大，必然会对电网产生更大的影响。为了深入研究光伏电站与电网的相互作用机理，获得更多的实际结果，有必要探讨适合电网暂态分析的光伏电站并网模型。

1.2 光伏发电并网系统运行原理

光伏发电系统在传统意义上来说，就是利用太阳能电池板当中的光电效应，实现光能向着电能方向的转变。文献[7]指出太阳能光伏发电系统是一个不同于传统的的发电系统，其主要是对太阳光进行转变，使其转变为电能，联网运作及离网运作是该系统的主要运转方式。在光伏电池的两侧引出两根电极，同时在电极之间接入一个常规负载，此时电荷被注入，电流就可以通过外部的电路，获得一定的输出功率，这样就实现了光能到电能的转化。光伏发电系统是一种可再生资源的配置，利用了光伏电池特性组成光伏阵列，转换太阳能变成电能，并将这些能量储存在电池中或者直接提供给负载使用。具体的工作方式是:光电池的组件逐渐将太阳能转化为能量，其中一些用于交换或直接充电，其余的能量被重新充电到存储电池中。当雨天或下午，光伏电池组件不能工作时，电池组可以提供能量进行交换或直接充电。

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