光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤及電流控制技術(shù)

第1章緒論1

1.1引言2

1.2光伏組件相關(guān)研究現(xiàn)狀3

1.2.1光伏組件的仿真建模研究4

1.2.2光伏組件的MPPT算法研究5

1.3光伏陣列相關(guān)研究現(xiàn)狀7

1.3.1光伏陣列的輸出特性研究7

1.3.2光伏陣列的仿真建模研究8

1.3.3光伏陣列的優(yōu)化配置研究9

1.3.4光伏陣列的MPPT算法研究11

1.4并網(wǎng)逆變器相關(guān)研究現(xiàn)狀12

1.4.1并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及分類12

1.4.2并網(wǎng)逆變器電流控制14

第2章光伏組件輸出特性及其最大功率點(diǎn)跟蹤17

2.1光伏組件輸出特性分析18

2.1.1光伏組件的數(shù)學(xué)模型18

2.1.2光伏組件的仿真建模20

2.1.3光伏組件模型參數(shù)對(duì)輸出特性的影響23

2.2光伏組件最大功率點(diǎn)跟蹤控制29

2.2.1光伏組件最大功率點(diǎn)跟蹤的意義29

2.2.2幾種常用的最大功率點(diǎn)跟蹤算法31

2.3基于最優(yōu)梯度法的最大功率點(diǎn)跟蹤36

2.3.1最優(yōu)梯度法的基本原理36

2.3.2改進(jìn)型最優(yōu)梯度法MPPT38

2.3.3仿真驗(yàn)證40

第3章復(fù)雜光照環(huán)境下光伏陣列的輸出特性43

3.1光伏陣列的分類及分析思路44

3.1.1光伏陣列的分類44

3.1.2分析思路45

3.2串聯(lián)式光伏陣列輸出特性推導(dǎo)45

3.2.1由兩個(gè)組件構(gòu)成的串聯(lián)式光伏陣列46

3.2.2由N個(gè)組件構(gòu)成的串聯(lián)式光伏陣列51

3.3并聯(lián)式光伏陣列輸出特性推導(dǎo)55

3.3.1由兩個(gè)組件構(gòu)成的并聯(lián)式光伏陣列56

3.3.2由N個(gè)組件構(gòu)成的并聯(lián)式光伏陣列60

3.4集中式光伏陣列輸出特性推導(dǎo)65

3.4.13×3集中式光伏陣列66

3.4.2M×N集中式光伏陣列71

第4章光伏陣列仿真模型及優(yōu)化配置74

4.1基于模塊化編程的光伏陣列建模75

4.1.1光伏陣列建模的基本思路75

4.1.2光伏陣列建模的基本流程77

4.2光伏陣列輸出特性仿真79

4.2.1串聯(lián)式光伏陣列的仿真分析79

4.2.2并聯(lián)式光伏陣列的仿真分析82

4.2.3集中式光伏陣列的仿真及實(shí)驗(yàn)85

4.3光伏陣列的優(yōu)化配置91

4.3.1仿真分析91

4.3.2理論分析97

4.3.3優(yōu)化配置原則99

第5章復(fù)雜光照環(huán)境下光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤101

5.1改進(jìn)型Fibonacci搜索法在MPPT中的應(yīng)用102

5.1.1Fibonacci搜索法的基本原理102

5.1.2改進(jìn)型Fibonacci搜索法104

5.2改進(jìn)型變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法在MPPT中的應(yīng)用106

5.2.1擾動(dòng)觀測(cè)法的工作原理106

5.2.2改進(jìn)型變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法107

5.3基于多重區(qū)間的最大功率點(diǎn)跟蹤算法109

5.3.1控制流程109

5.3.2仿真驗(yàn)證111

第6章并網(wǎng)逆變器預(yù)測(cè)電流控制策略115

6.1預(yù)測(cè)電流控制算法對(duì)比分析116

6.1.1預(yù)測(cè)電流控制的基本原理116

6.1.2預(yù)測(cè)電流控制算法的構(gòu)成117

6.1.3預(yù)測(cè)電流控制算法穩(wěn)定性分析119

6.2改進(jìn)型預(yù)測(cè)電流控制算法122

6.2.1改進(jìn)型算法的構(gòu)成122

6.2.2改進(jìn)型算法的穩(wěn)定性分析123

6.2.3仿真與實(shí)驗(yàn)126

6.3預(yù)測(cè)電流控制模型130

6.3.1預(yù)測(cè)電流控制模型的構(gòu)建130

6.3.2預(yù)測(cè)電流控制模型的穩(wěn)定性分析132

6.3.3仿真驗(yàn)證136

參考文獻(xiàn)140

本書在總結(jié)光伏陣列及并網(wǎng)逆變器相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)復(fù)雜光照環(huán)境下光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤及并網(wǎng)逆變器電流控制方面展開探討。 對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏陣列輸出特性進(jìn)行了理論推導(dǎo)，采用模塊化編程的方法構(gòu)建了光伏陣列的仿真模型，闡述了光伏陣列優(yōu)化配置的基本原則，提出了基于多重區(qū)間的最大功率點(diǎn)跟蹤方法，并對(duì)并網(wǎng)逆變器的預(yù)測(cè)電流控制方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

本書適用于高等院校從事電力電子、光伏發(fā)電等研究方向的教師、研究生和高年級(jí)本科生，亦可為從事光伏發(fā)電工程應(yīng)用的科技人員提供參考。

原書前言

作者簡(jiǎn)介

第1章光伏發(fā)電建模1

1.1光伏電池和光伏場(chǎng)1

1.2光伏組件的電氣特性2

1.3雙二極管和單二極管模型5

1.4數(shù)據(jù)表及模型參數(shù)8

1.4.1并聯(lián)電阻趨于無(wú)窮大模型的參數(shù)辨識(shí)9

1.4.2計(jì)及并聯(lián)電阻模型的參數(shù)辨識(shí)10

1.4.3包含并聯(lián)電阻模型的參數(shù)辨識(shí)：顯式解11

1.4.4其他求解方法12

1.5舉例：光伏組件等效電路參數(shù)計(jì)算14

1.6光伏場(chǎng)建模的朗博W函數(shù)18

1.6.1一致工況下的光伏電源建模18

1.6.2失配光伏電源建模19

1.7舉例22

參考文獻(xiàn)24

第2章MPPT26

2.1MPPT動(dòng)態(tài)優(yōu)化26

2.2開路電壓法和短路電流法30

2.3軟計(jì)算方法31

2.4擾動(dòng)觀察法31

2.4.1穩(wěn)態(tài)條件和動(dòng)態(tài)條件下的性能優(yōu)化33

2.4.2快速變化的輻照度38

2.4.3擾動(dòng)觀察法（P&O）設(shè)計(jì)實(shí)例：光伏電池充電器40

2.5擾動(dòng)觀察法的改進(jìn)算法47

2.5.1自適應(yīng)步長(zhǎng)法47

2.5.2拋物線逼近法48

2.6微擾動(dòng)法53

2.6.1粒子群優(yōu)化（PSO）算法53

2.6.2極值搜索和紋波關(guān)聯(lián)技術(shù)54

2.6.3電導(dǎo)增量法56

2.7基于輸出參數(shù)的光伏MPPT技術(shù)59

2.7.1TEODI方法59

2.8MPPT效率63

參考文獻(xiàn)66

第3章MPPT效率：降低噪聲源的方法69

3.1單相應(yīng)用的低頻干擾69

3.1.1適用于閉環(huán)開關(guān)變換器的擾動(dòng)觀察法73

3.1.2閉環(huán)升壓變換器中的擾動(dòng)觀察法設(shè)計(jì)實(shí)例76

3.2電流的MPPT算法的不穩(wěn)定性81

3.3光伏系統(tǒng)中的滑?？刂?3

3.3.1通過滑動(dòng)模態(tài)抑制噪聲：數(shù)值算例88

3.3.2基于滑模的MPPT電流控制90

3.3.3滑動(dòng)模式MPPT控制器：數(shù)值算例94

3.4噪聲環(huán)境下的MPPT性能分析98

3.4.1基于低通濾波器的降噪處理方法100

3.4.2基于階躍擾動(dòng)的誤差補(bǔ)償101

3.4.3擾動(dòng)觀察法中的ADC量化誤差：數(shù)值算例103

參考文獻(xiàn)105

第4章光伏陣列的分布式最大功率點(diǎn)跟蹤108

4.1標(biāo)準(zhǔn)MPPT的局限性108

4.2新型分散式MPPT（DMPPT）技術(shù)109

4.2.1基于微型逆變器的DMPPT技術(shù)109

4.2.2基于DC/DC變換器的DMPPT技術(shù)111

4.3基于DMPPT技術(shù)的光伏陣列直流分析113

4.3.1合適的工作區(qū)間113

4.3.2合適的工作區(qū)間的實(shí)例114

4.3.3升壓型SCPVM的I-V和P-V特性118

4.3.4升/降壓型SCPVM的I-V和P-V特性127

4.4直流變換器輸入電壓的最佳范圍145

4.5基于DMPPT技術(shù)的光伏陣列交流分析170

4.5.1單一SCPVM的交流模型172

4.5.2分散式光伏陣列的小信號(hào)模型177

4.5.3SCPVM組的穩(wěn)定性180

參考文獻(xiàn)203

第5章適用于MPPT的高效光伏變換器設(shè)計(jì)208

5.1簡(jiǎn)介208

5.2功率、能量與效率208

5.3DMPPT功率變換器在光伏電站中的應(yīng)用213

5.4功率變換器的損耗221

5.5同步FET開關(guān)單元的損耗223

5.6導(dǎo)通損耗225

5.7開關(guān)損耗228

5.7.1開通232

5.7.2關(guān)斷233

5.7.3熱分析235

5.7.4示例239

參考文獻(xiàn)254

本書介紹了光伏發(fā)電功率所需的控制電路、系統(tǒng)和技術(shù)。第1章簡(jiǎn)單介紹了一些光伏陣列建模方法，確保光伏陣列無(wú)論在匹配還是非匹配的情況下都能正常運(yùn)作；第2、3章主要闡述了如何實(shí)現(xiàn)佳MPPT性能以及對(duì)影響算法結(jié)果的參數(shù)的設(shè)計(jì)；第4章從電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制算法方面討論了如何在非匹配情況下實(shí)現(xiàn)發(fā)電量大化；第5章介紹了具備MPPT功能的DC/DC變換器的設(shè)計(jì)，特別強(qiáng)調(diào)了其能源效率。

自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種配備了太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

通常所說(shuō)的光伏發(fā)電系統(tǒng)都是由太陽(yáng)能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜等設(shè)備組成，這些基本設(shè)備解決了光照發(fā)電、蓄能、用電、并網(wǎng)發(fā)電這一基本功能，但是在太陽(yáng)光的充分利用方面沒有達(dá)到最佳的光能利用率。太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)有效解決了太陽(yáng)能光能利用效果最佳化的問題，太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)能夠保持太陽(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，使太陽(yáng)光的光線隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板，能夠提高太陽(yáng)能光伏組件的發(fā)電量20%以上，可以顯著降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資成本，提高投資成本居高不下的太陽(yáng)能光伏組件的利用率。

特別是新近河北某光伏發(fā)電設(shè)備公司成功推出價(jià)格低廉、能耗極低、穩(wěn)定性高的專利型太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)，使配備了太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的總成本并不會(huì)有太大的增加，更加有力的推動(dòng)了自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用，相信不久的將來(lái)，自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)將成為太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

自動(dòng)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：通訊基站發(fā)電，邊防哨卡發(fā)電，偏遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)電，屋頂、庭院發(fā)電，公共事業(yè)照明，企業(yè)廠礦單位用電，工業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電，離網(wǎng)光伏發(fā)電等領(lǐng)域。2100433B