摘 要

当代社会，能源问题和环境问题已成为社会发展中必须重视与解决的问题之一，而可再生能源和清洁能源得到了越来越广泛的关注。太阳能作为分布式能源的一种，经济廉价，相比于传统火力发电消耗资源有限的化石能源方式，太阳能技术的发展可谓是雪中送炭，替人们缓解了燃眉之急。

论文主要研究了基于matlab光伏板发电性能仿真：首先，对光伏电池进行了数学建模以及其特性分析。介绍了扰动观察法的工作原理以及其优缺点。增量电导法是一种精度非常高的最大功率点跟踪法，根据光伏阵列的P-U曲线可导的特点来跟踪最大功率点。其次，建立光伏并网逆变器的数学模型，并对其数学模型进行分析，主要设计了并网电流控制策略和相关参数的选型。最后，通过仿真验证光伏并发电的性能以及对电网的影响。

本文的特色：基于matlab光伏板发电性能仿真，实现光伏单位因素发电功能。

关键词：光伏阵列，仿真分析，控制

Abstract

This paper mainly studies the power generation performance simulation of photovoltaic panels based on matlab. Firstly, the mathematical model of photovoltaic cells and its characteristics are analyzed. The principle of disturbance observation method and its advantages and disadvantages are introduced. Incremental conductivity method is a very high precision maximum power point tracking method, which tracks the maximum power point according to the P-U curve of photovoltaic arrays. Secondly, the mathematical model of grid-connected photovoltaic inverters is established, and its mathematical model is analyzed. The control strategy of grid-connected current and the selection of related parameters are mainly designed. Finally, the performance of photovoltaic concurrent generation and its impact on power grid are verified by simulation.

The characteristics of this paper: based on MATLAB photovoltaic panel power generation performance simulation, realize photovoltaic unit factor power generation function.

Key Words：Photovoltaic Array；Simulation Analysis；Control

目 录

摘 要 3

Abstract 4

第1章 绪论 6

1.1 研究背景及意义 6

1.2 光伏并网国内外研究现状 7

1.3 光伏接入电网控制综述 8

1.4 主要研究内容 9

第2章 光伏发电单元特性及控制策略 10

2.1光伏电池的建模与特性分析 10

2.1.1 光伏电池的数学模型 10

2.1.2 光伏电池特性分析 11

2.2 光伏阵列系统控制结构 11

2.3 光伏阵列的MPPT跟踪控制策略 12

第3章 光伏发电单元特性及控制策略 15

3.1 三相电压型PWM逆变器原理 15

3.2 坐标变换 17

3.3 并网电流双闭环控制设计 21

3.4 本章小结 25

第4章 光伏发电单元特性及控制策略 26

4.1 三相光伏并网逆变器模型 26

4.2 三相光伏并网逆变器仿真分析 28

4.3 扰动和谐波质量分析 31

参考文献 35

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会物质基础的发展，能源的使用方式对于人类来说也越来越重要。但从现在人类采用的能源结构来看，大量采用的还是化石能源，化石能源存在其固有的缺点。然而，分布式新能源具有范围广、污染少、分散性的特点，而且安装地点非常灵活，节约输电资源，逐渐成为未来电力系统发展的趋势^[1-3]。有关研究表明，电力系统今后的趋势存在以下几种可能：第一，电力系统大量与可再生能源相互结合；第二，系统中的电力电子设备覆盖率增多；第三，与综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统结合的电力系统；第四，多种能源如风能、水能、光能所构成的系统。根据以上所提到的几个电力系统的发展方向来看，不难看出与可再生能源结合的电力系统是现阶段的发展中最炙手可热的研究方向^[4]。本文在分布式电源的背景下，对这些问题展开研究。

分布式发电技术受到研究学者的关注，主要在于新能源的利用率、经济可靠等优点。但是也遇到一些问题，分布式新能源接入电网的节点越来越多，高比例分布式新能源的渗透带来的电力系统稳定性问题，潮流问题，电压质量问题等引起研究者的重视，主要体现在^[5]：

(1) 10kV电力系统的特点是辐射性、开环运行，各电源点之间存在同步和相位的问题，潮流流向相对简单，不会出现闭环问题。而分布式新能源的接入改变了电力系统的潮流流向，电力系统的保护定值也发生变化。

(2) 另外，新能源接入后，电力系统的损耗、电能质量等发生变化。主要体现在新能源接入的电压的控制问题，新能源主要控制在MPPT状态下，最大限度的运行在最大功率点位置，而新能源的出力的波动性、随机性等给电力系统带来了电能质量等问题，需要储能元素的接入有助于缓解该问题。

那么，分布式新能源的优势显著，但也带来一些问题。在这种背景下，美国提出一种“microgrid”的概念，即为微电网。至此，这个新颖的概念成为了诸多研究人员所注意的问题，也成为了最近电力系统发展的热点和焦点。如图1-1所示，我国近年来的光伏装机容量呈现出几何式的发展，究其原因就是光伏电站和微电网的发展，以及光伏优惠的国家政策和补贴，而且相信未来如光伏等新能源的发展将显得更加突出。

在大电网正常运行时，微电网还能向大电网提供可靠的能源供应，也在一定程度上提高微电网的经济运行效益，加上新能源的一些补贴政策，微电网的发张具有良好的前景，总结起来微电网的几大优势为：

(1) 将不同类型的分布式电源集中起来，大大提高了分布式电源运行的效率，能够实现多能互补作用。