光伏发电系统建模及其仿真(毕业设计论文)本科生毕业设计说明书（设计论文）题目：光伏发电系统建模及其仿真目录摘要.............................................. 错误!未定义书签。

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第一章绪论.. (1)1.1新能源发电的背景和意义 (1)1.2光伏产业的现状和前景 (2)1.2.1太阳能光伏发电的发展现状 (2)1.2.2光伏发电产业的前景 (4)1.3本文设计内容 (4)第二章光伏发电系统概述 (5)2.1光伏发电系统的基本工作原理 (5)2.2光伏发电系统的组成 (6)2.3光伏发电系统的分类 (7)2.3.1太阳能独立光伏发电系统 (7)2.3.2 并网光伏发电系统 (8)2.3.3互补型光伏发电系统 (9)第三章光伏发电系统建模及其仿真 (10)3.1光伏电池阵列的建模 (10)3.1.1 光伏电池阵列的数学模型 (10)3.1.2 光强和温度对光伏电池输出结果的影响 (14)3.1.3太阳光光照强度模型 (15)3.2光伏发电系统的主电路模型 (17)3.2.1光伏并网发电系统的主电路模型 (17)3.2.2离网型光伏发电系统的主电路的模型 (18)第四章光伏发电系统的控制技术 (19)4.1光伏发电MPPT技术 (19)4.2电导增量法 (21)4.2.1电导增量法的原理 (21)4.2.2电导增量法改进 (24)4.3 最大功率控制技术仿真 (25)4.4光伏并网发电系统的控制 (29)4.4.1并网逆变器控制 (29)4.4.2 电流环的分析建模 (32)4.4.3锁相环的原理分析 (34)4.5离网光伏发电系统的控制 (37)4.5.1 光伏充电控制分析 (37)4.5.2独立光伏发电系统的逆变器控制技术 (40)第五章光伏并网系统中的孤岛效应 (44)5.1孤岛效应的分析和危害 (44)5.2 孤岛效应的检测 (45)5.2.1孤岛检测标准 (45)5.2.2孤岛检测方法 (46)结论 (51)展望 (52)参考文献 (53)致谢 (55)第一章绪论1.1新能源发电的背景和意义能源一直是人类社会生存和发展的动力和源泉。

伴随着社会的不断发展和进步，化石能源的储量也在日趋枯竭。

在国内，据官方统计，仅去年一年，中国的原油进口达1.5亿吨[1]。

按目前的消耗速度，中国的现有能源储量至多可使用50年。

可喜的是，随着科学技术的不断发展，人类发现了核能、地热能、潮汐能、风能、太阳能等多种新型能源。

在化石能源的局限性和环境保护的压力下，世界上大部分国家加强了对这些绿色新型能源和可再生能源的发展支持。

尤其是进入21世纪以来，世界各国对能源的需求越来越大。

在德国、丹麦等国家可再生能源发电的装机已经达到较高的水平。

为促进可再生能源的发展，各国不仅继续加大对可再生能源技术研发的投入，同时从立法和政策方面也都采取措施支持可再生能源的开发和利用，加快其发展步伐，使之成为实现能源多样化、应对气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。

我国高度重视可再生能源事业的发展，近年来更加大了对可再生能源发展的支持力度，包括国家科技资金投入、政府性工程及优惠政策制定等。

尤其是《中华人民共和国可再生能源法》的颁布，有力地推动了我国可再生能源发展的进程，进一步保障了我国发展循环经济概念和建设资源节约、环境友好型社会目标的实现。

从能源供应等诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展的理想的绿色能源，同时太阳能也即将成为21世纪最重要的能源之一。

太阳能是从太阳向宇宙空间发射的电池辐射能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，到达地球表面的太阳能为8.2*109万kW[2],能量密度为1k W/m2左右。

太阳能发电有热发电和光发电两种方式。

太阳能以其分布广泛,取之不尽,用之不竭,又安全洁净等优点,正逐渐成为人类理想的新一代可再生能源。

是人类最终可以依赖的能源。

1.2光伏产业的现状和前景太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是直接将太阳的光能转变为电能，多种发电方式中，光伏发电是主流。

光伏发电是将照射到太阳能电池上的光直接变换成电能输出。

1.2.1太阳能光伏发电的发展现状1839年法国物理学家贝克勒尔发现光生伏打效应(光电效应的一种)。

19世纪70年代赫兹根据光伏效应利用固体硒材料制成了光伏电池。

1973年全球石油危机爆发，导致能源价格大幅度上升，这引起了人们对光伏发电技术的浓厚兴趣[13]。

之后，光伏发电技术开始逐渐被关注，各国政府和工业界的研究机构投入了大量的人力、物力加强光伏发电技术方面的研究和开发。

太阳能光伏发电自20世纪80年代起发展迅速，每年以30%到40%的速度迅猛增长[2]。

为了鼓励太阳能技术的开发和利用，各国政府积极制定各种优惠政策来推动太阳能光伏发电的发展[3]。

1996年，在美国能源部的支持下，美国政府开始了一项“光伏建筑物计划”，投资20亿美元，1997年美国政府在全世界率先宣布发起“百万太阳能屋顶计划气。

2002年，美国的光伏电池生产总量达到112.9MW，计划到2010年要求发电成本降到7.7美分/千瓦时。

年可减排COZ 351.1万吨，总计可增加就业7.15万人。

该计划现已由加州施实。

日本政府早在1974年就公布了“阳光计划”，1993年又提出“新阳光计划”，旨在推动太阳能研究计划全面、长期地发展。

日本相继颁布了一系列鼓励包括太阳能在内的可再生绿色能源研究与应用地法规，极大地推动了日本光伏工业地发展与应用。

2002年，日本的光伏电池生产总量已达到254.SMW，并且以世界最快的增长速度一48.6%增长，计划到2010年一半以上的新居屋顶将安装光伏太阳能系统。

德国政府是世界上最早和最积极倡导鼓励光伏应用的国家之一。

1990年，德国政府率先推出“1000太阳能屋顶计划”，1993年，德国首先开始实施由政府投资支持，被电力公司承认的1000屋顶计划，继而扩展为2001)屋顶计划，1998年德国政府进一步提出了10万光伏屋顶计划，同时研究开发与建筑相结合的专用光伏组件等。

1999年1月起开始实施“十万太阳能屋顶计划”。

德国政府颁布的“可再生能源法”于2000年4月1日正式生效。

此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、西班牙都有类似的计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和规模应用发展，示范阶段，现在正在向大批量生产和规模应用发展，从最早作为小功率电源发展到现在作为公共电力的并网发电，其应用范围也己遍及几乎所有的用电领域。

并且光伏集中发电、光伏建筑等发展迅速，已逐渐成为市场主力。

我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。

随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。

经过十年的努力，我国的光伏产业技术也有很大的提高，光伏电池转换效率也提高了。

单晶硅电池实验室效率达20%，批量生产率达14%，多晶硅实验室效率达12%，与发达国家的效率在不断减小。

截至2007年10月，全国已建和在建的并网光伏发电工程共有30多个，总装机容量达1 OMW左右。

2007年8月，国务院发布的《可再生能源中长期发展规划》更对并网光伏发电建设提出了明确的发展目标，到2010年，全国建成1000个屋顶光伏发电项目，总容量为5万kW;到2020年，全国建成2万个屋顶光伏发电项目，总容量达到100万kW。

到2010年，全国建成多处大型并网光伏电站，总容量为2万kW;到2020年，全国光伏电站总容量达到20万kW[4]。

得益于近年来各方面对太阳能光伏产业发展的重视，目前我国已经形成了完整的太阳能光伏产业链。

据了解，随着国内太阳能光伏发电的大规模应用及快速发展，其上游的多晶硅大规模产业化生产及应用技术已日趋成熟，尤其是从国内及全球现有生产工艺水平看，已可实现整个多晶硅生产产业链和系统内部的封闭运行，从而接近零排放水平。

但是与发达国家相比，我国无论在生产规模上，还是在自动化水平上仍然有很大差距，面临着严峻的考验。

光伏企业的发展靠市场，光伏市场的发展靠政策。

光伏发电成本高，无法与常规能源竞争，所以更需要政府制定强有力的法规和政策支持以驱动我国光伏产业的商业化发展。

1.2.2光伏发电产业的前景光伏发电有两种发电方式：独立发电,并网发电。

由于太阳能发电成本较高,光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于独立型用户。

但是近几年科技不断发展，光伏发电的不断改进，因此，光伏发电产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区独立发电逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进。

太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”[3]。

(a)光伏并网和光伏应用装机容量对比图(b)光伏并网装机容量所占比例图 1.1 世界光伏应用领域年安装容量统计对比图1.3本文设计内容本论文主要通过学习光伏发电系统的发电原理以及系统结构和控制功能，对光伏发电进行全面了解。

针对光伏发电系统以及光伏组件的研究，建立相应合适的数学模型，运用Matlab simulink软件仿真在不同环境不同温度下太阳能电池的输出特性和输出功率特性。

其次，针对光伏发电的控制系统，研究不同的控制方式和控制策略，建立对系统影响较大的系统控制模型。

第二章光伏发电系统概述2.1光伏发电系统的基本工作原理光伏发电系统是利用半导体材料的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转化为电能的一种新型发电系统。

所谓光生伏特效应[1]，就是指物体在吸收光能后，其内不能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。

这种技术的关键元件是太阳能电池。

太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期较短的优点。

光能转换设备即光伏电池，是利用光生伏特效应把光能转换为电能的器件。

目前光伏发电工程上广泛实用的光电转换器件主要是硅光伏电池，包括单晶硅、多晶硅，和非晶硅电池，其中单晶硅光伏电池的生产工艺技术成熟，已进入大规模产业化生产。

现以晶体硅为例描述光发电过程。

如图2.1所示，P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成PN结。