大功率光伏发电并网系统拓扑研究

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1、3．3．2IGBT设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．3．3滤波电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344仿真和试验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．1MATLAB仿真软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．2光伏发电并网系统仿真模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．3仿真结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．3．1光伏阵列输出特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．3．2并网变流器输出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．434．4试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．444．4．1MPPT控制的测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．4．2并网变流器输出试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．475结论和展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52附录

3、A⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯54作者简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58学位论文数据集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯591引言1．1太阳能和光伏发电的意义从人类对能源技术的利用程度来看，大概经历了三个阶段：第一是植物燃料，第二是煤炭，第三是石油。生产力的每一次飞跃，都离不开能源的作用。自从工业革命以来，人类对能源的需求日益增大。化石燃料急剧减少，能源危机的到来无疑阻碍

4、着生产力的发展和人类的进步。因此，寻找新型能源成了人类的共同课题。随着科技的发展，太阳能作为储量无限、存在普遍、开发利用清洁的绿色能源，已经在经济生产中显露出自身的优势，它的开发利用将最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题，是人类理想的替代能源。美国科学家特拉维斯·布拉德福德(TravisBradford)曾在其创作的《太阳革命》一书中预言：太阳能将在未来20年内成为功效最佳、价格最低廉的替代能源，其价格将在lO年内下降一半，20年内下降75蚶¨。对太阳能的利用主要包括两个方面：一是

5、太阳能热利用，通过转换装置把太阳辐射能转换为热能加以利用，再利用热能进行发电称为太阳能热发电；二是太阳能发电，通过转换装置把太阳辐射能转换成电能加以利用，由于通常是利用硅材料的光伏效应原理进行光电转换，所以又称为太阳能光伏发电。在太阳能的有效利用当中，太阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。太阳能发电，即光伏发电是指利用太阳能电池这种半导体电子

6、器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式。其发电原理如图1．1所示，半导体PN结内两种载流子向对方区域内扩散，形成宽度很窄的空间电荷区W，电位差为Ei。在电力场的作用下，少数载流子产生漂移运动，空穴从N区向P区运动，自由电子从P区向N区运动。在无其它激发的情况下，参与扩散的多子数目等于参与漂移的少子，无法构成电流，输出电能为0。当有太阳光照射时，光伏电池受太阳光子的冲击，产生大量的处于非平衡状态的电子一空穴对，少数载流子在内电场Ei的牵引下，扩散到对方区域，然后在PN结中成光生电场Eph，扩散电流

7、不再等于漂移电流，因而PN结有电流流过，输出电能不为零。jE塞銮垣太堂亟±堂焦i佥塞里l宣．弓夸包OoOg毒您§§§OoO勿◇◇§6@OoO℃．O℃卜一空间电荷区—一-一内建电场方向——+扩散运动方向图1．1光伏发电原理图Figure1．Iphotovoltaicpowergenerationprinciplediagram光伏发电具有以下明显的优点：1)太阳能资源为可再生能源，取之不尽，用之不竭，太阳能在地球上分布广泛，基本上不受地域限制，光伏发电具有理想的可持续发展属性；2)光伏发电由于不消耗化石燃料，对空气、

8、环境无污染，无任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等的“排放”，是绿色环保的新型能源；3)太阳能资源随处可得，可就近供电。不必长距离输送，避免了长距离输电所造成的能量损耗，节省了输电成本；4)光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间过程(如热能转换为机械能，机械能转换为电磁能等)和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高