光伏发电系统建模及其仿真(毕业设计论文)
光伏发电系统建模及其仿真(毕业设计论文)
本科生毕业设计说明书（设计论文）题目：光伏发电系统建模及其仿真光伏发电系统建模及其仿真摘要伴随着能源危机和环境问题的不断加剧，清洁能源的发展进程被大大的推进了。
太阳能作为一种新能源以其没有污染，安全又可靠，能量随处可以得到等优点越来越受到人们的青睐。
无论从近期还是远期，无论从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度考虑，太阳能发电都极具有吸引力。
那么对光伏发电系统的研究则就变得既有价值又有意义。
通过对光伏发电系统的理论研究学习，建立了完整的光伏发电系统体系，本文深入的研究了光伏电池在不同光照强度、不同温度下的电压、功率输出特性。
本文的研究重点是光伏发电系统的控制技术，以及在MATLAB/SIMULINK仿真环境下的仿真结果。
讨论了多种最大功率点跟踪方法；且分别讨论学习了在光伏并网和独立发电系统情况下的逆变器和MPPT的控制，并建立了仿真模型，提出了相应的控制策略。
且在最后论述了孤岛效应的产生和反孤岛策略，用电压频率检测法完成了孤岛检测与保护。
关键词：光伏电池，逆变器，最大功率点跟踪，孤岛效应， MATLAB仿真AbstractWith the growing energy crisis and environmental problems, clean energy is greatly promote the development process. Solar energy as a new kind of energy for its no pollution, safe and reliable, widely available energy advantages, such as more and more get the favor of people. No matter from the near future or long-dated and, no matter from the Angle of energy and environment, or from remote areas and special applications demand point of view, solar power generation is extremely attractive. So the study of photovoltaic power generation system has become both a rewarding and meaningful.Through the study of theoretical research of photovoltaic power generation system, established a complete system of photovoltaic power generation system, this paper in-depth study the photovoltaic cells under different illumination intensity, temperature, voltage, power output characteristics.In this paper, the research emphasis is the control technology of photovoltaic power generation system, and the simulation results in MATLAB/SIMULINK environment. Discussed a variety of maximum power point tracking methods; And, respectively, to discuss the study under the condition of independent power generation and photovoltaic (pv) grid system of the inverter with MPPT control, and established the simulation model, put forward the corresponding control strategy. And islanding is discussed at the end of the production and the reverse island strategy, using frequency voltage tests completed island detection and protection.Keywords: photovoltaic batteries, inverter, maximum power point tracking, islanding, the MATLAB simulation目录摘要 (I)Abstract .......................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.1新能源发电的背景和意义 (1)1.2光伏产业的现状和前景 (1)1.2.1太阳能光伏发电的发展现状 (2)1.2.2光伏发电产业的前景 (3)1.3本文设计内容 (4)第二章光伏发电系统概述 (5)2.1光伏发电系统的基本工作原理 (5)2.2光伏发电系统的组成 (6)2.3光伏发电系统的分类 (6)2.3.1太阳能独立光伏发电系统 (6)2.3.2 并网光伏发电系统 (7)2.3.3互补型光伏发电系统 (9)第三章光伏发电系统建模及其仿真 (10)3.1光伏电池阵列的建模 (10)3.1.1 光伏电池阵列的数学模型 (10)3.1.2 光强和温度对光伏电池输出结果的影响 (13)3.1.3太阳光光照强度模型 (14)3.2光伏发电系统的主电路模型 (15)3.2.1光伏并网发电系统的主电路模型 (16)3.2.2离网型光伏发电系统的主电路的模型 (17)第四章光伏发电系统的控制技术 (18)4.1光伏发电MPPT技术 (18)4.2电导增量法 (19)4.2.1电导增量法的原理 (19)4.2.2电导增量法改进 (21)4.3 最大功率控制技术仿真 (23)4.4光伏并网发电系统的控制 (27)4.4.1并网逆变器控制 (27)4.4.2 电流环的分析建模 (29)4.4.3锁相环的原理分析 (31)4.5离网光伏发电系统的控制 (33)4.5.1 光伏充电控制分析 (33)4.5.2独立光伏发电系统的逆变器控制技术 (37)第五章光伏并网系统中的孤岛效应 (40)5.1孤岛效应的分析和危害 (40)5.2 孤岛效应的检测 (40)5.2.1孤岛检测标准 (40)5.2.2孤岛检测方法 (41)结论 (46)展望 (47)参考文献 (48)致谢 (50)第一章绪论1.1新能源发电的背景和意义能源一直是人类社会生存和发展的动力和源泉。
太阳能光伏发电系统的建模与仿真
太阳能光伏发电系统的建模与仿真随着全球环境保护意识不断增强，可再生能源的开发和应用变得越来越重要。
光伏发电作为一种利用太阳能直接转化为电能的方式，自然也备受关注。
在建设光伏发电场之前，我们可以使用建模与仿真技术，来帮助我们设计和优化光伏发电系统。
本文将会探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真方法。
一、建模方法建模是建立光伏发电系统物理模型的过程。
通过物理模型，我们可以了解系统内部的运作原理，优化系统的结构和技术参数以提高光伏发电效率。
在建模的过程中，可以采用两种方法：自顶向下和自下向上。
1.1 自顶向下自顶向下的建模法是由顶层向底层逐步分解，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从整个光伏发电系统的总体设计出发，接着将系统分成不同的模块，最后分解到每个模块的细节设计。
在自顶向下的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定建模目标和范围；2) 建立系统层次结构，确定系统的模块划分；3) 定义每个模块的详细参数，建立物理模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
1.2 自下向上自下向上的建模法是由底层向顶层逐步合并，形成一整个系统的过程。
这种方法首先从每个部件的设计出发，接着将每个部件合并到模块，最后合并到整个系统。
在自下向上的建模中，主要包括以下步骤：1) 确定每个部件的设计参数；2) 将每个部件的设计合并到对应的模块中；3) 将所有模块合并，建立完整的系统模型；4) 分析系统的总体性能，进行优化。
二、仿真方法仿真是利用计算机模拟物理过程的一种方法。
通过仿真，我们可以模拟光伏发电系统在不同条件下的运行状态，优化光伏组件和逆变器的参数，评估发电量和电网接口的稳定性。
2.1 光伏组件的仿真光伏组件是光伏发电系统的核心部件。
在光伏组件的设计和仿真中，主要考虑以下因素：1) 光照强度和角度对光伏输出电能的影响；2) 温度对光伏输出电能的影响；3) 光伏单元的组合方式和布局对系统性能的影响。
对于光伏组件的仿真，可以采用软件模拟和硬件实验相结合的方式。
光伏电池simulink仿真 毕设
摘要太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点，受到人们越来越多的重视。
光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式之一。
由于目前光伏电池板的价格比较高，转换效率比较低，为了降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。
本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，从建模仿真方面对具有最大功率点跟踪的控制器进行了研究，提出了一种新的最大功率点跟踪方案。
本文主要任务如下：首先，本文介绍了论文的相关研究背景、选题意义、以及论文的主要工作。
其次，分析了太阳能电池板的工作原理，利用MATLAB/simulink模块对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了建模、仿真。
再次，介绍并分析了最大功率点跟踪原理，以及常用的几种跟踪方法。
介绍了三种常用的DC/DC变换器的工作原理。
紧接着，对干扰观察法和电导增量法进行了建模和仿真，针对电导增量法提出了一种适合车用的改进方案。
仿真结果表明新的方案在一定条件下可以显著减小最大功率跟踪系统响应时间。
而后，用CATIA软件对第一代太阳能车进行了设计，建立了蓄电池驱动电机和蓄电池充电系统电路。
最后，针对充电系统的电流、电压开发了一个简单的检测分析软件。
关键词：太阳能；最大功率跟踪； MATLAB仿真； DC/DC变换器AbstractSolar power is a new green power. It is regarded as clean, pollution-free, and inexhaustible. Photovoltaic conversion is an effective way to use solar power. Because the price of photovoltaic cell is expensive and conversion effi-ciency is low presently, the Maximum Power Point Tracking is absolutely nec-essary, in order to decrease system cost and increase efficiency. Aims at how to increase the efficiency of conversion for the photovoltaic energy system, this paper researches the solar controller with maximum power point tracking (MPPT) and presents a novel MPPT method from the simulation.The main work of this paper is as follows:First, introduces the background, significance, work.Second, analyzing the principle of the solar panel and using the MATLAB software to build the simulation of the output characteristic for the solar cell under different temperature and isolation.Third, introduces the MPPT principle, comparing several common MPPT methods and find out their advantage and disadvantage. Then analysis three DC/DC converters’principles.Forth, using the MATLAB software simulink toolbox to build the simula-tion of the Perturbation And Observation method, Incremental Conductance method and improved the Incremental Conductance method. The result of the simulation demonstrates that the new strategy can reduce the responding time of the system.Fifth，using the CATIA software to build the first generation solar car 3Dmodel. Then build the circuit of the MPPT system.Last, write a program to analysis the current and voltage of the system. Keywords：Solar Energy ; MPPT ; MATLAB Simulation ; DC/DC Converter目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 光伏产业的发展现状 (2)1.2.1 国外光伏产业发展现状 (2)1.2.3 国内光伏产业发展现状 (3)1.2.3 太阳能车发展现状 (4)1.3 本课题的意义 (6)1.4 本文主要内容 (7)第2章光伏电池特性及其仿真模型的建立 (8)2.1 光伏电池的工作原理 (8)2.2 光伏电池等效电路 (9)2.3 光伏电池仿真模型的建立 (10)2.3.1 工程用光伏电池的数学模型 (10)2.3.2 光伏电池的simulink模型 (12)2.4 本章小结 (17)第3章光伏发电系统最大功率点跟踪系统的研究 (18)3.1 最大功率点跟踪的概念 (18)3.2 最大功率点跟踪的原理 (19)3.3 常用最大功率跟踪控制算法 (20)3.3.1 恒定电压法 (20)3.3.2 干扰观察法 (21)3.3.3 电导增量法 (22)3.4 DC/DC电路实现光伏电池最大功率点跟踪原理 (24)3.5 典型DC/DC变换电路 (25)3.5.1 降压式变换器（Buck） (25)3.5.2 升压式变换器（Boost） (29)3.5.3 升降压式变换器（Buck-Boost） (32)3.6 最大功率跟踪控制算法simulink仿真分析 (34)3.6.1 降压式变换器建模 (34)3.6.2 干扰占空比的最大功率跟踪算法 (37)3.6.3 干扰观察法 (39)3.6.4 电导增量法 (42)3.7 车用光伏电池最大功率跟踪仿真与分析 (44)3.7.1 车用最大功率跟踪方案 (45)3.7.2 车用最大功率跟踪方案仿真分析 (46)3.8 本章小结 (49)第4章第一代太阳能原型车制作 (49)4.1 车辆系统原理图 (49)4.2 原型车CATIA建模 (50)4.3 电池驱动直流电机电路设计 (51)4.3.1 单片机的选择 (51)4.3.2 直流电动机脉宽调速（PWM）系统设计 (52)4.4 最大功率跟踪电路设计 (55)4.4.1 主回路实现 (55)4.4.2 驱动电路 (56)4.4.3 检测电路 (57)4.4.4 与计算机通讯电路 (57)4.4.5 电源电路 (58)4.4.6 光伏发电系统主要电路原理图 (58)第5章光伏电池电流、电压检测分析软件 (60)5.1 MATLAB软件编程 (60)5.2 光伏电池电流、电压检测分析软件 (61)5.3 本章小结 (61)结论致谢参考文献第1章绪论1.1 课题背景能源，是人类赖以生存根本，其中化石能源作为目前全球消耗的最主要能源，不仅给地球环境带来了严重的破坏，而且正在一天天走向枯竭。
太阳能光伏发电系统建模与仿真
太阳能光伏发电系统建模与仿真随着人们对环保意识的不断加强，太阳能光伏发电系统的需求量在逐渐增加。
为了更好地了解该系统的工作原理和性能，建模与仿真成为了必要的研究手段。
一、太阳能光伏发电系统的工作原理太阳能光伏发电系统主要由光伏电池、光伏逆变器和电网组成。
光伏电池是将太阳能转化成电能的核心部分，它是由多个电池片组成的，每个电池片都是由两层硅晶体和P-N结构组成的。
当光照射到光伏电池上时，电池片中的P-N结构会通过光生电效应形成电子-空穴对，进而产生电压和电流。
然后这些电能会通过光伏逆变器转换为与电网相适应的直流电或交流电。
二、太阳能光伏发电系统的建模为了了解太阳能光伏发电系统的工作状态，必须对其进行建模。
在建模时，需要将光伏电池、逆变器及电网等部分分别进行建模，且分别建立相应的模型。
光伏电池是太阳能光伏发电系统的核心，因此需要着重研究其模型。
理想情况下，光伏电池可以被建模为一个单一的电流源，其效应等同于一个弱光源或一个电阻。
常见的光伏电池模型有单二极管、单指数电阻和多指数电阻模型等。
而光伏逆变器则可以使用各种电子元器件和电路组件组成，如电感、电容和开关管等。
三、太阳能光伏发电系统的仿真与建模相比，仿真更为复杂。
在仿真中，需要模拟不同的实际工况，如天气条件的变化、电池温度的变化等。
常见的仿真软件有PSpice、MATLAB等。
在仿真时，需要根据实际情况确定相应的输入参数，如光伏辐照度、空气质量等，然后根据所建模型及输入参数进行仿真计算。
在完成仿真后，可以对仿真结果进行分析，评估系统的性能指标以及各种因素对系统性能的影响。
仿真还可以帮助优化系统的设计，确定逆变器的控制策略等。
四、太阳能光伏发电系统的应用前景太阳能光伏发电系统已经广泛应用于很多领域，如居民住宅、商业、工业等。
在居民住宅中，太阳能光伏发电系统可以为家庭供电，实现自给自足；在商业领域中，太阳能光伏发电系统可以降低企业的用电成本，提高企业的经济效益；在工业领域中，太阳能光伏发电系统可以帮助企业减少能源消耗和排放，提高企业的生产效率。
智能光伏发电系统的建模与仿真
智能光伏发电系统的建模与仿真随着环保意识的增强，太阳能发电逐渐成为人们关注的焦点，而智能光伏发电系统作为太阳能发电的一种方式，也越来越被重视。
在建设智能光伏发电系统之前，首先需要进行建模与仿真，对光伏发电系统进行分析和优化。
本文将从建模与仿真的角度来探讨智能光伏发电系统的实现。
一、智能光伏发电系统的概述智能光伏发电系统是指通过能量转换将太阳能转化为可用的电能，实现对能源的利用。
在光伏发电系统中，太阳能电池是关键组件。
太阳能电池将太阳辐射能转化为电能，传送至直流侧逆变器将其转化为交流电后输出到电网中，完成光伏发电系统的整个工作过程。
二、智能光伏发电系统建模的必要性通过建模可以对系统进行仿真，通过仿真得到的结果进行预测、分析和优化，从而为实际工程提供指导。
在建设智能光伏发电系统之前，通过建模仿真可以比较直观地了解整个系统的运转情况，为后续的设计和优化提供依据。
综上所述，建模是智能光伏发电系统实现的必要步骤。
三、智能光伏发电系统建模方法智能光伏发电系统建模的方法有多种，常用的有Matlab/Simulink和PSCAD两种工具。
下文分别对这两种工具的建模方法进行介绍。
1. Matlab/Simulink建模方法Matlab/Simulink是较常用的一种建模仿真工具，以下是建模过程的具体步骤：（1）建立模型：在Simulink中选择合适的模块，并将其拖到和构建好的系统中。
（2）配置模块参数：对系统中选的模块进行特定的参数设置，达到满足需求的目的。
（3）连接模块：和建立模型类似，将所选模块通过箭头连接到一起，形成连接线路。
（4）仿真系统：在建立好的模型中选择仿真，并设置仿真时间段。
（5）分析仿真结果：基于仿真结果，进行后续的分析和优化。
2. PSCAD建模方法PSCAD是一种基于Windows下的电力仿真软件，以下是建模过程的具体步骤：（1）定义模型：选择所需的模块，命名后进行模型定义。
（2）配置模块参数：为每个模块设置特定的参数，以满足系统的要求。
新能源光伏发电系统的建模与仿真
新能源光伏发电系统的建模与仿真近年来，随着能源消耗的不断增加和环境污染的严重性日益加剧，新能源的开发和利用变得越来越重要。
而光伏发电作为新型能源的代表之一，具有环保、经济、可持续等多种优势，已成为全球范围内发展最快的新能源之一。
光伏发电系统的建模和仿真是光伏发电研究中的重要一环，下面将结合实际案例探讨光伏发电系统的建模与仿真。
一、光伏发电系统的构成光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、电池及控制器等部分组成。
其中，光伏组件是光伏发电的核心部件，逆变器是将直流电转换成交流电的重要设备，而电池和控制器的作用则是优化光伏发电的效果。
二、建模与仿真的意义光伏发电系统的建模和仿真是指通过一系列计算模型和工具，对光伏发电系统的关键性能指标进行评估和优化，并从理论上验证和改进光伏发电系统的设计与控制方法。
这一过程对于光伏发电系统的研究和发展具有重要的意义。
具体来说：1.优化光伏组件的选择和设计。
通过建立光伏组件的计算模型，评估光伏电池片的效率、温度、光谱响应等因素，分析不同光伏组件的性能，最终选取最佳的设计方案进行光伏组件的选择和制造。
2.优化逆变器的设计和控制。
逆变器是将直流电转换成交流电的关键设备。
通过建立逆变器的计算模型，评估逆变器的效率、损耗等因素，分析不同逆变器的性能，优化逆变器的设计和控制，提高光伏发电的效率和经济性。
3.分析光伏发电系统稳定性。
建立光伏发电系统的全局模型，评估系统的稳定性和可靠性，识别并解决可能出现的问题，确保光伏发电系统能够长期稳定、可靠地运行。
三、光伏发电系统建模与仿真的方法目前，光伏发电系统建模和仿真的方法主要有以下几种：1.电路模型法。
该方法利用电路模型对光伏组件进行电气特性建模，通过计算模型评估光伏组件的性能和效果。
该方法以简单、高精度为特点，常用于对小型光伏发电系统进行建模和仿真。
2. 均衡方程法。
该方法基于物理均衡方程，建立光伏组件的热学特性模型，用于评估光伏组件的温度和效率等性能指标。
光伏发电系统的建模与仿真
光伏发电系统的建模与仿真第一章前言随着能源问题的愈加突出，新能源的开发和利用已经成为全球范围内的共识。
其中，光伏发电技术因其所依托的太阳能资源日渐成熟，发展势头越来越强劲。
而在光伏电站的建设与运营中，对光伏发电系统的建模与仿真也日益重要。
本文旨在探讨光伏发电系统建模与仿真的相关技术与方法。
第二章光伏发电系统概述光伏发电系统是将太阳能转化为电能的装置。
通常包括太阳能电池板、光伏逆变器、电池、支架等组成。
光伏电池板是光伏发电系统的核心部件，它能够将太阳辐射能转化为直流电能。
光伏逆变器的作用则是将直流电转化为交流电，使得电能能够被交流电网或负载接受。
电池和支架则起到储存电能、支撑电池片等重要作用。
第三章光伏发电系统建模在开始进行光伏发电系统的仿真前，我们需要进行建模以便更好地控制仿真过程。
光伏发电系统的建模通常可分为以下几个部分。
3.1 光伏电池建模由于光伏电池是光伏发电系统的核心部件，因此光伏电池的建模应该是模型建立的关键环节。
通常，光伏电池的建模都基于等效电路模型进行。
等效电路模型中包括了光电转换、串联、并联等关键参数。
其中，光电转换参数主要考虑了光强度、电池温度等因素对光伏电池输出的影响；串并联参数则体现了光伏电池之间的互相影响和并联电路的性质。
3.2 逆变器建模逆变器是将光伏电池的直流电转化为电网或者负载所需要的交流电的关键设备。
逆变器的建模是为了规划逆变器的运行策略以及优化运行效率。
逆变器的建模通常基于电力学相关知识和控制系统技术，考虑了逆变器的拓扑结构、控制算法、开关器件等关键参数。
3.3 电池和支架建模电池和支架在光伏发电系统中也是不可或缺的重要部分。
电池的建模主要考虑了电池的电化学反应、充放电过程等参数，以便更好地评价电池的性能和储能效率。
支架的建模主要考虑了结构参数等因素，体现了支架对光伏电池的支撑作用。
第四章光伏发电系统仿真通过前面的建模工作，我们已经建立了整个光伏发电系统的模型。
光伏发电系统建模与仿真
光伏发电系统建模与仿真简介光伏发电系统是一种利用太阳光能直接转化为电能的设备，逐渐成为一种重要的可再生能源发电方式。
建立光伏发电系统的数学模型，并进行仿真，可以帮助我们更好地了解光伏发电系统的运行原理以及优化系统性能的方法。
在本文中，我们将讨论光伏发电系统的建模方法，并介绍如何使用仿真工具进行系统仿真。
本文将包含以下几个部分：1.光伏发电系统的基本原理2.光伏发电系统的数学建模方法3.仿真工具介绍与使用方法4.光伏发电系统的仿真案例分析5.结论与展望光伏发电系统的基本原理光伏发电系统主要由光伏电池阵列、逆变器和电网连接组成。
光伏电池阵列是光伏发电系统的核心部件，通过将太阳能转化为直流电能。
逆变器则将直流电转化为交流电，并将其与电网连接起来，以实现电能的输出和调节。
光伏电池的工作原理是通过光生电效应将太阳光能转化为电能。
在光照条件下，光线照射到光伏电池上，光能被光伏电池吸收，进而激发光伏电池中的电子。
这些电子在光伏电池中形成电流，经过光伏电池上的导线和电子器件，通过负载最终输出电能。
光伏发电系统的数学建模方法为了更好地理解光伏发电系统的工作原理和性能，我们需要建立数学模型对其进行描述。
光伏发电系统的数学建模主要包括以下几个方面：1.光伏发电效率模型：光伏发电效率是指光伏电池将太阳能转化为电能的能力。
建立光伏发电效率模型可以帮助我们了解光伏电池在不同光照条件下的工作效果。
2.光伏电池阵列模型：光伏电池阵列是由多个光伏电池组成的。
建立光伏电池阵列模型可以帮助我们了解光伏电池之间的相互影响以及整个光伏发电系统的总体性能。
3.逆变器模型：逆变器是将光伏电池阵列输出的直流电转化为交流电的设备。
建立逆变器模型可以帮助我们了解逆变器的工作原理以及对电网连接的影响。
4.功率调节策略模型：光伏发电系统在不同的工作条件下需要采用不同的功率调节策略。
建立功率调节策略模型可以帮助我们优化光伏发电系统的性能。
通过建立以上数学模型，我们可以对光伏发电系统进行仿真研究，从而更好地理解和优化系统的性能。
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第一章绪论.. (1)1.1新能源发电的背景和意义 (1)1.2光伏产业的现状和前景 (2)1.2.1太阳能光伏发电的发展现状 (2)1.2.2光伏发电产业的前景 (4)1.3本文设计内容 (4)第二章光伏发电系统概述 (5)2.1光伏发电系统的基本工作原理 (5)2.2光伏发电系统的组成 (6)2.3光伏发电系统的分类 (7)2.3.1太阳能独立光伏发电系统 (7)2.3.2 并网光伏发电系统 (8)2.3.3互补型光伏发电系统 (9)第三章光伏发电系统建模及其仿真 (10)3.1光伏电池阵列的建模 (10)3.1.1 光伏电池阵列的数学模型 (10)3.1.2 光强和温度对光伏电池输出结果的影响 (14)3.1.3太阳光光照强度模型 (15)3.2光伏发电系统的主电路模型 (17)3.2.1光伏并网发电系统的主电路模型 (17)3.2.2离网型光伏发电系统的主电路的模型 (18)第四章光伏发电系统的控制技术 (19)4.1光伏发电MPPT技术 (19)4.2电导增量法 (21)4.2.1电导增量法的原理 (21)4.2.2电导增量法改进 (24)4.3 最大功率控制技术仿真 (25)4.4光伏并网发电系统的控制 (29)4.4.1并网逆变器控制 (29)4.4.2 电流环的分析建模 (32)4.4.3锁相环的原理分析 (34)4.5离网光伏发电系统的控制 (37)4.5.1 光伏充电控制分析 (37)4.5.2独立光伏发电系统的逆变器控制技术 (40)第五章光伏并网系统中的孤岛效应 (44)5.1孤岛效应的分析和危害 (44)5.2 孤岛效应的检测 (45)5.2.1孤岛检测标准 (45)5.2.2孤岛检测方法 (46)结论 (51)展望 (52)参考文献 (53)致谢 (55)第一章绪论1.1新能源发电的背景和意义能源一直是人类社会生存和发展的动力和源泉。
伴随着社会的不断发展和进步，化石能源的储量也在日趋枯竭。
在国内，据官方统计，仅去年一年，中国的原油进口达1.5亿吨[1]。
按目前的消耗速度，中国的现有能源储量至多可使用50年。
可喜的是，随着科学技术的不断发展，人类发现了核能、地热能、潮汐能、风能、太阳能等多种新型能源。
在化石能源的局限性和环境保护的压力下，世界上大部分国家加强了对这些绿色新型能源和可再生能源的发展支持。
尤其是进入21世纪以来，世界各国对能源的需求越来越大。
在德国、丹麦等国家可再生能源发电的装机已经达到较高的水平。
为促进可再生能源的发展，各国不仅继续加大对可再生能源技术研发的投入，同时从立法和政策方面也都采取措施支持可再生能源的开发和利用，加快其发展步伐，使之成为实现能源多样化、应对气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。
我国高度重视可再生能源事业的发展，近年来更加大了对可再生能源发展的支持力度，包括国家科技资金投入、政府性工程及优惠政策制定等。
尤其是《中华人民共和国可再生能源法》的颁布，有力地推动了我国可再生能源发展的进程，进一步保障了我国发展循环经济概念和建设资源节约、环境友好型社会目标的实现。
从能源供应等诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展的理想的绿色能源，同时太阳能也即将成为21世纪最重要的能源之一。
太阳能是从太阳向宇宙空间发射的电池辐射能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，到达地球表面的太阳能为8.2*109万kW[2],能量密度为1k W/m2左右。
太阳能发电有热发电和光发电两种方式。
太阳能以其分布广泛,取之不尽,用之不竭,又安全洁净等优点,正逐渐成为人类理想的新一代可再生能源。
是人类最终可以依赖的能源。
1.2光伏产业的现状和前景太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是直接将太阳的光能转变为电能，多种发电方式中，光伏发电是主流。
光伏发电是将照射到太阳能电池上的光直接变换成电能输出。
1.2.1太阳能光伏发电的发展现状1839年法国物理学家贝克勒尔发现光生伏打效应(光电效应的一种)。
19世纪70年代赫兹根据光伏效应利用固体硒材料制成了光伏电池。
1973年全球石油危机爆发，导致能源价格大幅度上升，这引起了人们对光伏发电技术的浓厚兴趣[13]。
之后，光伏发电技术开始逐渐被关注，各国政府和工业界的研究机构投入了大量的人力、物力加强光伏发电技术方面的研究和开发。
太阳能光伏发电自20世纪80年代起发展迅速，每年以30%到40%的速度迅猛增长[2]。
为了鼓励太阳能技术的开发和利用，各国政府积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展[3]。
1996年，在美国能源部的支持下，美国政府开始了一项“光伏建筑物计划”，投资20亿美元，1997年美国政府在全世界率先宣布发起“百万太阳能屋顶计划气。
2002年，美国的光伏电池生产总量达到112.9MW，计划到2010年要求发电成本降到7.7美分/千瓦时。
年可减排COZ 351.1万吨，总计可增加就业7.15万人。
该计划现已由加州施实。
日本政府早在1974年就公布了“阳光计划”，1993年又提出“新阳光计划”，旨在推动太阳能研究计划全面、长期地发展。
日本相继颁布了一系列鼓励包括太阳能在内的可再生绿色能源研究与应用地法规，极大地推动了日本光伏工业地发展与应用。
2002年，日本的光伏电池生产总量已达到254.SMW，并且以世界最快的增长速度一48.6%增长，计划到2010年一半以上的新居屋顶将安装光伏太阳能系统。
德国政府是世界上最早和最积极倡导鼓励光伏应用的国家之一。
1990年，德国政府率先推出“1000太阳能屋顶计划”，1993年，德国首先开始实施由政府投资支持，被电力公司承认的1000屋顶计划，继而扩展为2001)屋顶计划，1998年德国政府进一步提出了10万光伏屋顶计划，同时研究开发与建筑相结合的专用光伏组件等。
1999年1月起开始实施“十万太阳能屋顶计划”。
德国政府颁布的“可再生能源法”于2000年4月1日正式生效。
此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、西班牙都有类似的计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。
从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，示范阶段，现在正在向大批量生产和规模应用发展，从最早作为小功率电源发展到现在作为公共电力的并网发电，其应用范围也己遍及几乎所有的用电领域。
并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力。
我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。
随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。
经过十年的努力，我国的光伏产业技术也有很大的提高，光伏电池转换效率也提高了。
单晶硅电池实验室效率达20%，批量生产率达14%，多晶硅实验室效率达12%，与发达国家的效率在不断减小。
截至2007年10月，全国已建和在建的并网光伏发电工程共有30多个，总装机容量达1 OMW左右。
2007年8月，国务院发布的《可再生能源中长期发展规划》更对并网光伏发电建设提出了明确的发展目标，到2010年，全国建成1000个屋顶光伏发电项目，总容量为5万kW;到2020年，全国建成2万个屋顶光伏发电项目，总容量达到100万kW。
到2010年，全国建成多处大型并网光伏电站，总容量为2万kW;到2020年，全国光伏电站总容量达到20万kW[4]。
得益于近年来各方面对太阳能光伏产业发展的重视，目前我国已经形成了完整的太阳能光伏产业链。
据了解，随着国内太阳能光伏发电的大规模应用及快速发展，其上游的多晶硅大规模产业化生产及应用技术已日趋成熟，尤其是从国内及全球现有生产工艺水平看，已可实现整个多晶硅生产产业链和系统内部的封闭运行，从而接近零排放水平。
但是与发达国家相比，我国无论在生产规模上，还是在自动化水平上仍然有很大差距，面临着严峻的考验。
光伏企业的发展靠市场，光伏市场的发展靠政策。
光伏发电成本高，无法与常规能源竞争，所以更需要政府制定强有力的法规和政策支持以驱动我国光伏产业的商业化发展。
1.2.2光伏发电产业的前景光伏发电有两种发电方式：独立发电,并网发电。
由于太阳能发电成本较高,光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于独立型用户。
但是近几年科技不断发展，光伏发电的不断改进，因此，光伏发电产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区独立发电逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进。
太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”[3]。
(a)光伏并网和光伏应用装机容量对比图(b)光伏并网装机容量所占比例图 1.1 世界光伏应用领域年安装容量统计对比图1.3本文设计内容本论文主要通过学习光伏发电系统的发电原理以及系统结构和控制功能，对光伏发电进行全面了解。
针对光伏发电系统以及光伏组件的研究，建立相应合适的数学模型，运用Matlab simulink软件仿真在不同环境不同温度下太阳能电池的输出特性和输出功率特性。
其次，针对光伏发电的控制系统，研究不同的控制方式和控制策略，建立对系统影响较大的系统控制模型。
第二章光伏发电系统概述2.1光伏发电系统的基本工作原理光伏发电系统是利用半导体材料的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转化为电能的一种新型发电系统。
所谓光生伏特效应[1]，就是指物体在吸收光能后，其内不能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。
这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期较短的优点。
光能转换设备即光伏电池，是利用光生伏特效应把光能转换为电能的器件。
目前光伏发电工程上广泛实用的光电转换器件主要是硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅，和非晶硅电池，其中单晶硅光伏电池的生产工艺技术成熟，已进入大规模产业化生产。
现以晶体硅为例描述光发电过程。
如图2.1所示，P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成PN结。