基于MATLAB对太阳光伏单相逆变并网系统的仿真分析

论文总字数：18213字

目 录

摘要 I

Abstract II

1.开发太阳能的意义和国内外现状及前景 1

1.1全球能源危机和太阳能的必要性 1

1.1.1能源紧缺危机及环境污染等问题 1

1.1.2太阳能资源的开发和运用 1

1.1.3优点及缺点 2

1.2国内外光伏发电现状及发展 2

1.2.1在国外的光伏发电现状和发展前景 2

1.2.2在国内的光伏发电现状和发展前景 4

1.3本文主要研究的内容 5

2.太阳光伏单相逆变并网系统的概述 6

2.1太阳能光伏发电的技术 6

2.2单相逆变并网发电系统说明 6

2.3太阳光伏逆变并网系统的应用 6

3.光伏电池的工作原理 7

3.1太阳能光伏系统的工作原理 7

3.1.1太阳能光伏发电系统组成部分 7

3.1.2太阳能电池的发电原理 7

3.2太阳能电池的分类 8

3.3太阳能电池的等效电路 9

3.4太阳能电池的转换效率 9

4.研究最大功率点跟踪 11

4.1太阳能电池最大功率点跟踪的原理 11

4.2太阳能电池的输出特性 11

4.3最大功率点追踪方法 12

4.3.1电导增量法 12

5.太阳光伏单相逆变并网系统的仿真分析 15

5.1仿真模型工作原理 15

5.2模型结构 15

5.3光伏阵列的建模具体过程 18

5.4逆变器并网控制原理 19

5.5主要并网波形分析 20

参考文献： 21

致谢 23

太阳能光伏发电系统

裴斌

，China

Abstract：In this paper, the simulation analysis of solar cells is carried out. The whole structure of the model is divided into four parts: the main circuit part, the control system part, the PV array and the conductivity increment MPPT part model. In this paper, the use of photo-voltaic grid-connected converter, the former DC / DC converter and the subsequent DC / AC converter. When the grid is running, the DC-AC converter mainly makes the output current in phase with the grid voltage, and obtains the unit power factor. Simulation results Waveform observation section: Grid voltage and current waveform, harmonic distortion rate THD waveform, grid current frequency waveform, battery array power, current, voltage waveform, and the output of the power and reactive power waveform. The simulation results show that the whole system realizes the DC / AC conversion and the sinusoidal current is high, which meets the grid standard and requirements.

Key words：solar energy; maximum power tracking (MPPT)；Converter grid；Conductivity increment；

1.开发太阳能的意义和国内外现状及前景

1.1全球能源危机和太阳能的必要性

1.1.1能源紧缺危机及环境污染等问题

在人类社会经济不断地发展进步过程中，能源扮演着重要的角色且占据着最基本的部分。近年来全球出现了化石能源断缺的问题，化石能源的不停消耗以致几近枯竭及化石矿物质的不停地开发运用所造成的自然环境污染和生态破坏问题，开发和运用能够维持人类社会经济可持续发展的新能源和可再生能源已经成为人类迫切需要解决的困难。为了保证可持续运用资源，减少环境污染，目前的化石能源已经不再适用于当今社会使用，就应该考虑新型的能源的开发和运用，这些新能源有非常大潜能，且具有资源丰富和污染少等等优势，是国际社区公认的理想的替代资源。优思新能源，不但可以解决目前世界能源逐渐枯竭的问题，同时也解决了自然环境污染和生态系统破坏的问题，促进全球社会经济的可持续发展。根据相关权威机构预测，截止到本世纪中叶，在全球新能源和可再生能源将占全世界能源结构中的一大半以上，而且替代能源对人类社会的未来有着重要的作用，化石燃料能源的基石比例越来越少。如图可知新能源在能源的消费结构中只占了十分之一，占大部分的是石油天然气尤其是煤炭等化石燃料，这结构不算优化，希望未来的几年里，新能源所扮演的角色越来越重要，最好是代替煤炭燃料而然占据主导的地位。

图1 2015年中国能源消费结构

1.1.2太阳能资源的开发和运用

太阳能是一种新型的绿色的可再生能源，具有广阔分布，储量大，并使用清洁对于环境及经济等方面优点。但是在今天的世界上太阳能光伏发电受到很大的重视，自上个世纪八十年代以来，太阳能光伏产业的快速发展，九十年代末太阳能产业更为迅速，已经成为新能源技术之一。再者，太阳能光伏发电产业发展很迅猛，当然会创造出大批的就业岗位；太阳能发电当然会使得温室气体（比如二氧化碳气体）和污染物的排放大大降低，加快农村经济建设的进程。太阳能光伏发电产业是继风力发电产业的中国第二大新能源开发运用产业，非常重要的因素是我国的太阳能资源当然是分布广泛的，在我国的中西部资源很多，且较容易开发利用，有望解决能源紧缺的困难，因此我国把太阳能光伏发电作为新的能源资源的开发运用非常重要的项目。总而言之，太阳能光伏发电产业的发展对全球社会经济的发展以及自然环境的保护具有重大的意义。

图2 太阳能发电站

1.1.3优点及缺点

1.自身主要优势：太阳是地球上所有生命的不可或缺的必要基础，太阳所发出的光能是非常之大，据有关数据统计，太阳每年都会光照辐射给我们地球的能量有1百亿亿kWh，这数值可谓是惊人的。地球上的每个地方都有白天黑夜，太阳光处处都可获得，不受地理位置的限制，比如屋顶，马路边等等，可以近距离的供电，降低了输电的成本。太阳能发电不需要燃烧化石燃料，大大减少了污染气体（如二氧化碳气体、二氧化硫气体）的排放，缓减了温室效应。另外，随着其他化石燃料资源的逐渐枯竭，太阳能越来越受到人们的关注。[7]

2.地理优势：在中国幅员辽阔的大地上，太阳能的资源极大丰富，特别是青藏高原，年辐平均射量达到了7600MJ/m2以上。在我国，太阳能资源一般来说是从东部到西部逐步，增加随纬度的提高而增加。

3.其他优势：一般来说小型（或者家用）的太阳能光伏发电系统建设在建筑物的屋顶等一些太阳光照丰富的位置，避免了大面积的占用地方，节省土地资源。太阳能电池是将太阳光辐射转换成电能的一种器件，没有繁杂的部件，没有机械转动的部分，在光-电转换过程中不会产生噪音，不会影响周围居民的生活。另外，有利于缓解化石燃料资源匮乏的困难。

4.缺点：①太阳光能量密度比较低且太阳能电池的光-电转换的效率比较低，这是最重要的一个原因。②太阳能发电受日照强度、外界温度、气候环境等影响比较大，直接导致太阳能电池发电的输出功率不稳定性。③太阳能光伏发电系统的制作造价复核成本当然比较大，当然建造这样规模的太阳能发电站的钱，可以建造十座煤炭发电站。④因为在初始的阶段一般来说啊，建造了光伏发电发电站的投入资金非常的多，因此最后导致的结果是限制了它的推广。

1.2国内外光伏发电现状及发展

1.2.1在国外的光伏发电现状和发展前景

自上个世纪70年代以来，由于世界石油危机和环境污染严重大大地促进了太阳能技术的发展，当然它的产业发展很迅猛。随着科技的不停进步发展，太阳能电池的种类也越来越多，比如说有硅系半导体材料太阳能电池、化合物系太阳能电池等等很多，一些有着成本低可以大量生产等优点的太阳能电池就被商业化和民用化，家家户户都有太阳能光伏发电系统，其技术越来越成熟，市场也越来越大。在标准物品市场上的太阳能光伏电池等的价格大约在20元人民币左右，然在并网后的价格为 40元人民币，其成本为每千瓦时1.73元人民币。当然，太阳能技术的不停发展与制作材料的更为深入的研究，人类不停地更新换代制作太阳能电池材料，使用成本低但光生电转换效率更为高的材料来制作太阳能电池。越来越多的国家开始重视太阳能光伏发电产业并制定了很多的鼓励其发展的政策。

表1 上世纪发达国家出台的鼓励政策

至本世纪，在2006年，关于全球兆瓦级太阳能发电系统的工程，已经完成了太阳能发电的十个或更多，以放置太阳能发电计划发展六个兆瓦级发电厂。

在2007年,全球光伏装机总量实际是达到0.23GW，比2006年增长60%；至2010年，全球光伏发电并网装机容量达到15GW，接下来的几年增长势头更加迅猛。很多国家出台了政策为了鼓励太阳能的开发和利用。

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