光伏发电系统中MPPT和并网控制策略的研究.docx

光伏发电系统中MPPT和并网控制策略的研究

1.引言

1.1光伏发电系统概述

光伏发电系统是一种将太阳能转换为电能的装置，它具有清洁、可再生、无污染等优点，是当今世界新能源领域的研究热点之一。光伏发电系统主要由光伏电池、逆变器、MPPT控制器等组成。光伏电池通过光电效应将太阳光能转换为电能，再经过逆变器将直流电转换为交流电，最后并入电网。随着光伏发电技术的不断发展和成熟，其在电力系统中的应用也越来越广泛。

1.2MPPT和并网控制策略的重要性

最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，简称MPPT）和并网控制策略是光伏发电系统的两个关键技术。MPPT技术能够实时跟踪光伏电池的最大功率点，提高光伏发电系统的发电效率和稳定性；而并网控制策略则确保光伏发电系统能够安全、稳定地并入电网，实现与电网的友好互动。

1.3文献综述

近年来，国内外学者对光伏发电系统中的MPPT和并网控制策略进行了大量研究。在MPPT方面，常见算法有扰动观察法、梯度下降法、粒子群优化算法等；在并网控制策略方面，主要有恒功率控制、恒压恒频控制、模糊控制等。这些研究成果为提高光伏发电系统的性能和稳定性提供了理论支持和实践指导。

在接下来的章节中，我们将详细探讨光伏发电系统的基本原理及组成、MPPT控制策略和并网控制策略，以及两者结合的方法及案例分析。希望通过本文的研究，能为光伏发电系统的优化和发展提供有益的参考。

2光伏发电系统基本原理及组成

2.1光伏电池的工作原理

光伏电池，又称太阳能电池，是一种将光能直接转换为电能的半导体器件。其工作原理基于光生伏特效应，即当光子（太阳光中的能量粒子）撞击到光伏电池表面时，电池中的电子被激发并跃迁到导带，从而产生电流。

光伏电池主要由硅材料制成，包括单晶硅、多晶硅和薄膜硅等。在电池内部，n型和p型半导体材料通过扩散或离子注入形成p-n结。当光照射到电池表面时，光子能量大于硅的禁带宽度的部分将被吸收，使得电子-空穴对在p-n结附近产生。在电场的作用下，电子和空穴分别向n型和p型半导体一侧移动，从而在外部电路中形成电流。

光伏电池的输出电压和电流受光照强度、温度和负载等因素影响。为了提高光伏发电系统的效率和稳定性，需要对光伏电池进行优化和控制。

2.2光伏发电系统的组成

2.2.1光伏阵列

光伏阵列是由多个光伏电池单元按照一定规律组合而成的，其目的是为了获得所需的电压和电流。光伏阵列的输出特性受到电池单元的串联和并联方式、光照条件、温度等因素的影响。

光伏阵列的设计需要考虑以下因素：

电池单元的选择：根据实际应用场景，选择适合的电池类型和规格。

串联和并联方式：合理配置电池单元的串联和并联关系，以满足系统电压和电流需求。

阵列布局：考虑地形、光照条件等因素，合理布置光伏阵列，以提高发电效率。

2.2.2逆变器

逆变器是光伏发电系统中的核心组件，其主要功能是将光伏阵列产生的直流电转换为交流电，以供用户使用或并入电网。逆变器有多种类型，如集中式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器等。

逆变器的设计和选型需要考虑以下因素：

最大功率点跟踪（MPPT）功能：确保光伏阵列始终工作在最大功率点，提高发电效率。

电压和频率调整：根据并网要求，调整输出电压和频率，实现与电网的稳定并联。

保护功能：具备过载、短路、过压等保护功能，以确保系统安全稳定运行。

2.2.3MPPT控制器

MPPT控制器是光伏发电系统中的关键部分，其主要作用是实时追踪光伏阵列的最大功率点，以实现发电效率的最优化。MPPT控制器采用多种算法，如扰动观察法、梯度下降法等，根据环境条件和负载变化，动态调整光伏阵列的工作点。

MPPT控制器的设计和选型需要考虑以下因素：

算法选择：根据实际应用场景，选择适合的MPPT算法，以提高追踪效率和稳定性。

控制策略：结合系统特点，制定合理的控制策略，以适应环境变化和负载需求。

参数设置：根据光伏阵列特性和实际运行情况，调整控制器参数，实现最佳性能。

3MPPT控制策略研究

3.1MPPT基本原理

最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，简称MPPT）是光伏发电系统中的一项关键技术，其目的是使光伏电池在变化的日照强度和环境条件下，始终工作在最大功率点，以提高光伏发电系统的整体效率和电能输出。MPPT的基本原理是通过实时检测光伏电池的输出特性，并调整负载电阻或工作电压，使光伏电池的工作点始终保持在最大功率点。

光伏电池的输出特性曲线呈非线性，存在一个最大功率点，该点对应于电池的最大功率输出和最高转换效率。然而，由于外界环境（如温度、光照强度）的不断变化，最大功率点的位置也会随之移动。因此，采用MPPT技术能够确保光伏发电系统在不同环境下都能获得最佳的能量输出