发电技术研究论文提纲

论文题目：光伏并网发电系统MPPT和孤岛检测技术研究

摘要：近几年,出于可持续发展的理念,保障经济发展的同时保护环境,对新能源发电的研究推广迫在眉睫,而光伏发电系统是其中必不可少的一部分。光伏发电系统具有分布广泛、清洁安全的优点,但其输出功率容易受到天气因素的影响,具有随机性和波动性。为了保证光伏发电系统输出功率最大化,且在电网断开时具备可靠地孤岛检测效果,本文针对光伏并网发电系统的最大功率点跟踪技术和孤岛检测两大关键问题进行研究。光伏发电的原理是通过光伏电池将光能转化为电能,太阳光的强弱决定着光伏电池的输出功率大小。通过分析光伏电池的工作原理,并在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建光伏电池工程应用模型进行仿真,分析单个光伏电池的输出特性与外界不同的光照强度和温度之间的对应关系,随着工作电压的上升输出功率先上升后下降,即功率-电压输出特性曲线只有一个峰值点。传统的最大功率追踪方法就是通过控制输出电压靠近最大功率点对应的电压,达到输出功率最大化的目的,传统方法的原理较为简单,只能满足输出功率为单峰值的简单状况的追踪任务。在实际光伏发电过程中,光伏发电系统中的光伏电池要经过串并联之后组成光伏阵列联合发电,而实际的光照强度复杂多变,光伏电池会受到云朵、树荫等因素的影响,往往多个光伏电池所受到的光照强度差异较大,导致光伏阵列的功率-电压输出特性曲线呈现有多个峰值点。传统的最大功率追踪方法在面对这样复杂状况时,会使输出功率陷入局部最优点,与实际的全局最大功率点还有很大的差距,造成了输出功率的损失。本文针对传统控制方法不能寻优的问题提出了一种基于带有变异策略的自适应粒子群算法的控制策略,针对粒子群算法寻优效果依赖于其自身学习因子和惯性系数的设置,易陷入局部最优点等不足。本文提出在算法中加入自适应变化策略,使学习因子和惯性系数可以随着迭代的进行,分别突出全局和局部的寻优重点,同时引入变异策略按一定的规律对单个粒子进行突变,防止粒子种群陷入局部最优。在仿真软件中模拟出局部阴影的状态,在仿真平台上建模进行验证,与传统的最大功率追踪方法相对比,无论是静态局部阴影环境下还是动态的阴影环境下,改进后的最大功率追踪方法都可以快速精准的追踪到系统的全局最大功率点,实现输出功率最大化,保障系统的输出功率没有损失,改进效果明显。光伏并网系统发电工作时与电网断开后会发生孤岛效应,若不能及时检测成功将对设备造成损坏,威胁工作人员安全,故孤岛检测是光伏系统安全运行不可或缺的一部分。本文对检测原理和孤岛发生前后电气量的变化进行分析,介绍检测标准,对常用的孤岛检测方法进行了分析。传统的主动频率偏移法依赖于截断系数的设置,难以平衡检测效果和对电网的电能质量的影响。本文对正反馈主动频率偏移法进行改进,提出分段控制截断系数,经仿真验证该方法可以不仅可以缩短检测时间,同时减小正常并网时对系统电能质量的影响。通过仿真验证了该方法在电网故障时,可以有效迅速反应,可靠地完成检测任务。

关键词：光伏发电;局部阴影;自适应粒子群算法;MPPT;孤岛效应

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 光伏发电系统简介

1.3 光伏发电系统常见问题及研究现状

1.3.1 最大功率点跟踪技术

1.3.2 孤岛检测技术

1.4 本文主要工作

第2章 光伏电池的建模及输出特性研究

2.1 光伏电池工作原理

2.2 光伏电池建模

2.2.1 光伏电池的数学模型

2.2.2 光伏电池工程模型

2.3 光伏电池输出特性的仿真研究

2.3.1 光伏工程应用模型建模

2.3.2 局部阴影下的多峰输出

2.4 并网逆变器

2.5 本章小结

第3章 光伏阵列MPPT控制研究优化

3.1 MPPT的基本原理

3.2 传统的MPPT控制算法分析

3.2.1 恒定电压法

3.2.2 电导增量法

3.2.3 扰动观察法

3.3 改进粒子群算法的MPPT

3.3.1 粒子群算法

3.3.2 参数自适应的变异粒子群算法

3.4 仿真分析

3.4.1 Boost变换电路

3.4.2 仿真结构

3.4.3 静态遮阴环境仿真对比

3.4.4 动态遮阴环境仿真对比

3.5 本章小结

第4章 孤岛机理分析及检测方法研究

4.1 孤岛发生机理

4.2 孤岛效应功率匹配问题

4.3 孤岛检测标准

4.4 局部孤岛检测方法分析

4.4.1 过/欠电压检测

4.4.2 过/欠频率检测

4.4.3 相位偏移检测法

4.5 远端智能型孤岛检测法

4.5.1 电力线载波通信检测法

4.5.2 阻抗投切检测法

4.5.3 数据采集与监控检测法

4.6 本章小结

第5章 孤岛检测理论分析及仿真

5.1 基于检测盲区的有效性评估

5.1.1 常用的有效性评估方法

5.1.2 基于Q_(f0)×C_(norm)的盲区分析

5.2 主动频率偏移法改进及仿真分析

5.2.1 主动频率偏移法原理

5.2.2 AFD的 NDZ分析

5.3 正反馈主动频率偏移法

5.3.1 正反馈主动频率偏移法原理

5.3.2 正反馈主动频率偏移法的NDZ分析

5.3.3 孤岛检测方法的改进

5.4 孤岛检测方法仿真分析

5.4.1 传统主动偏移法仿真

5.4.2 正反馈主动偏移法仿真

5.4.3 改进正反馈主动偏移法仿真

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢