基于pscad光伏发电最大功率点跟踪方法毕业设计(论文)开题报告

毕业设计(论文) 开 题 报 告 题目基于 pscad 光伏发电最大功率点跟踪方法 学院电 气 与 控 制 工 程 学 院 专业及班级电 气 工 程 及 其 自 动 化 1201 班 姓名邢桢 学号1206060120 指导 教师高淑萍 日期2016 年 3 月 25 日 西安科技大学毕业设计(论文)开题报告 题 目基于 pscad 光伏发电最大功率点跟踪方法选题类型B 一一、 选题依据选题依据( (简述国内外研究现状简述国内外研究现状、 生产需求状况生产需求状况, , 说明选题目的说明选题目的、 意义意义， 列出主要参考文献列出主要参考文献) )： 1.1.国内外研究现国内外研究现状状： 光伏发电是太阳能利用的主要形式之一。太阳电池已经形成一定的产业规模。新型太阳电池的 实验室研究工作也在国际上蓬勃开展。世界光伏技术在快速发展，电池效率不断提高，单晶硅太阳 电池实验室效率已由 50 年代的 6%提高到 2007 年的 24.7%， 其商业化电池效率也已达 16-22%，而 商业化多晶硅太阳电池的效率达 15-18%。 1在晶体硅太阳电池技术持续进步的同时，非晶硅、CdTe、 CuInGaSe 等薄膜太阳电池技术快速发展，已占有一定的比例。 2 法国物理学家 A.E.贝克勒尔在 1839 年首次发现了 “光生伏打效应”，他在由溶液构 成的伏 打电池中浸入两片金属，发现在有光照时会产生额外的伏打电势。这一发现揭开 了人类对光伏发 电技术研宄的序幕。英国科学家 Wilough B.smith 在 1873 年观察到了对 光敏感的硒材料，根据实 验观察，他推断出硒材料的导电能力在光照射下与光通量成正 比。在 Wilough B.smith 的研宄基 础上 Charles Fritts 在 1880 年开发出了以硒材料为基础 的光伏电池。半导体 PN 结器件在阳光下 的光电转换效率最高，通常称这类器件为“光 伏电池” 3。 在对光伏电池进行研宄开发的初期，其能量转换效率低，生产成本高的问题一直难 以解决， 科学家们在提高光伏电池的发电效率，降低光伏电池的生产成本方面进行了大 量研宄。1954 年， 美国贝尔实验室的科学家们在为远程通信系统寻找可靠的电源时，发 现经杂质处理的娃材料对光 非常敏感，在光照射下能够产生稳定的电压。 4在此基础上， 他们做出了第一块单晶硅光伏电池， 该电池的光电转换效率为 6%。1958 年，美国宇航 局(NASA)首次将太阳能光伏电池作为卫星电源应 用于地球外层空间。他们将 108 块太 阳能光伏电池安装在第一个卫星一一先锋 I 号上。第一个太 阳能电池的问世和在卫星发 射中的应用是光伏技术开发、利用的起点，开创了光伏发电的新纪元。 20 世纪 60 年代， 对光伏电池的研宄主要在提高抗辐射能力及降低成本两方面。70 年代中期，超 薄单晶硅 光伏电池问世。 70 年代后期开始， 光伏技术得到不断的完善和发展， 成本不断降低。 随 着 对能源和环境可持续发展的关注，西方发达国家从上世纪 80 年代起，开始致力于对 光伏发电技术 的开发，各国相继制定了相关政策鼓励和支持光伏发电。各国政府的大力 支持使光伏技术很快进 入了较大规模的商业应用，并成为 21 世纪世界能源舞台上的主 要成员之一 5。 1973 年的石油危机和 20 世纪 90 年代的环境污染问题大大促进了太阳能光伏发电的发展。 随着 人们对能源和环境问题认识的不断提高， 光伏发电越来越受到各国政府的重视， 科研投入不断加大， 鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。以 1997 年美国总统克林顿的“百万太阳能光伏屋顶 计划”为标志，日本还有欧洲的德国、丹麦、意大利、英国、西班牙等国也纷纷开始制定本国的可 再生能源法案，刺激了光伏产业的高速发展。 1.11.1 国外研究现状国外研究现状 美国于 1973 年首先制定了政府光伏发电发展计划， 明确了近、 中、 远期的发展 战略目标。 1982 年，第一座 1MW 光伏电站在美国加州建成。1984 年，在加州平原上 安装了 6MW 光伏阵列。1986 年， 建成 7MW 的光伏电站。1988 年美国开始实施 PVUSA 计划，建立集中型光伏并网发电系统(1MWp 10MWp);通过里约宣言后不久，美 国政府颁布了一项新的支持光伏发电系统的计划，克林顿政 府 1994 年度的财政预算中， 光伏发电的预算达 7800 多万美元。1995 年美国开始实施与屋顶结合 的 PVBONUS 计划。 1996 年开始实施计划投资 20 亿美元的“光伏建筑物计划” 6。 德国是世界上最早也是最积极的倡导实现光伏应用开发和使用的国家之一。1990 年，德国政 府率先推出“1000 太阳能屋顶计划”，由于采取了一些优惠政策，项目结束 时共安装 1-5 KW 的屋 顶太阳能并网发电系统 2056 套。1993 年，德国率先开始实施屋 顶计划，该计划由政府支持投资， 同时被电力公司承认，继而扩展为 2000 屋顶计划。 1998 年，开始研宄开发与建筑相结合的专用太 阳能光伏组件等，同时进一步提出“十万 光伏屋顶计划”。1999 年 1 月，德国开始正式实施“十 万光伏屋顶计划”，到 2000 年安 装的太阳能发电系统容量超过 40MW。2004 年德国光伏安装总量 首次超过日本， 走在 世界的前列。 2005 年， 德国光伏产业新增安装容量 600MW， 总安装容量 1508MW， 已 安装光伏系统 20 万个 7。 日本是个能源缺乏的岛国， 燃料大部分依赖进口， 因此它很早就重视发展光伏发电 8。 早在 1974 年时，日本政府就公布了自己的“阳光计划”。1993 年，日本又提出了 “新阳光计划”，同时颁 布了新的净电计量法，要求电力部门以商品价格购买多余的光 伏电量，并实行补贴政策。1994 年， 通产省提出住宅用太阳光发电系统技术规程，即“朝 日七年计划”，计划到 2000 年推广 16.2 万 套太阳能光伏屋顶，1997 年宣布了 “7 万光伏 屋顶计划”，目标是到 2010 年一半以上的新居屋 顶安装光伏太阳能系统，光伏并网屋顶 系统总容量达到 7600MW。为了推动本国光伏产业的发展和 应用，日本政府还相继颁 布了一系列鼓励以太阳能为主的绿色能源研宄与应用的法规。2002 年， 日本的光伏电池 总产量达 254.5MW，2005 年，总产量达到 762MW，占世界光伏电池总产量的 46%， 并 且以世界最快的增长速度一一 48.6%增长。 印度、澳大利亚、意大利、西班牙、法国、荷兰、瑞士等国家都有类似的光伏产业计划，且已 经投巨资进行技术开发，加速其产业化进程。1997 年 12 月，印度政府宣布 2020 年要在全国推广 150 套太阳能屋顶；2000 年悉尼成功的举办奥运会，共在悉尼奥运村安 装了 665 套 1KW 的屋顶光 伏发电系统， 为当时世界上最大的光伏住宅小区； 2001 年意大 利开始实施屋顶计划， 政府配套 2800 万美元，资金补贴达到 75%，系统 1-50 KW 并网电 价与常规电价相同 9。 1.21.2 国内研究现状国内研究现状 我国幅员辽阔，大部分地区太阳能资源丰富，具备发展太阳能的环境条件。 10光伏发电技术 在我国起步较晚，但是发展速度很快 11。20 世纪 70 年代，我国开始光伏发电技 术的研宄，最初主 要用于空间。到 70 年代中后期，我国形成了自己的光伏产业，光伏 发电技术的应用逐渐扩大到地 面。经过几十年的努力，我国的光伏电池技术不断进步， 光伏发电产业有了很大的发展，与发达 国家的差距在不断缩小。 从 1985 年在甘肃省榆中县建成 10KW 太阳能发电站起， 经过 20 多年， 我国独立户 用型和 100KW 以下太阳能发电设备技术已基本成熟。20 世纪 90 年代以来是我国光伏 发电快速发展的时期。我国 从 1995 年开始逐步建立较大型的光伏发电应用系统。1996 年-2000 年，我国建成各种规模的县、 乡、村级光伏发电站 40 余座，总装机容量达 600 KW;推广约 15 万套家用光伏电源系统进入实际应 用； 并在 20 多所农村学校建立了光 伏发电系统， 总功率约 50 KW 12。 1998 年在西藏安多县海拔 4500 米处，建成世界最高 的光伏电站，功率 100KW。2002 年，原国家计委开始实施“西部省区无电乡 通电计划”， 这一项目大大刺激了我国光伏发电产业的发展，使西部七省区 780 个无电乡的用电 问题 得以成功解决。2004 年 9 月，广东深圳建成 1MW 太阳能发电站 13。2005 年 4 月，西 部最大 的乌鲁木齐“3x20 KW 太阳能并网光伏发电站”成功并网运行。同年 6 月上海的 “十万太阳能屋顶 计划”拉开了国内光伏建筑大规模应用的序幕 14。近年来，我国对光伏市场的投资持续升温，光伏 企业迅速增加到 400 家左右，2007 年全国光伏系统的累计装机容量达到 10 万千瓦(100MW)，太阳能 电池生产能力达到 290 万千瓦(2900MW)，年产量达到 1188MW，超过日本和欧洲，占了 全球的 29%， 跃居世界第一位， 一举超过了日本在此领域的霸主地位。 我国以 3 年产量 增长 45 倍， 产能增加 125 倍而成为全球发展最快的国家。到 2008 年底，全国光伏系统的 累计装机容量达到 140MW。 15-18 2.2.生产需求状况生产需求状况 自 20 世纪 80 年代以来，光伏发电产业每年以 30%40%的速度递 增，可以说是世界上增长最快 的高新技术产业之一。 19利用太阳能发电的光伏发电技术被 用于许多需要电源的场合， 上至航天器， 下至儿童玩具，光伏电源无处不在。为了鼓励 开发利用太阳能，各国政府积极制定各项优惠政策 来推动光伏发电产业的发展 20-23。 2000 年以来， 全球光伏产业连续 6 年以 30%60%以上的速度增长， 2002 年全球光伏电池产量为 560MW/a，到 2003 年已高达 750MW/a,增长了 34%。 242004 年开始，德 国对可再生能源法进行了修订，新的补贴法案促成了德国光伏市场随后的爆发，随之而来的是发达 国家间新一轮的政策热潮和全球光伏市场的更高速膨胀。 252004 年世界光伏电池年产量达到 1256MW，年增长率高达 68%，2005 年产量达 1818MW，增长率仍有 45%，2006 年，美国加州州长施瓦 辛格提出了要在加州实施“百万个太阳能屋顶计划”，在未来 10 年内建设 3000MW 光伏发电系统的 提案，这象征着美国光伏政策的新纪元的到来。正是由于欧洲、日本和美国强有力的政策推动，全 球太阳能光伏发电系统市场才呈现出今天欣欣向荣的景象。 26-31 3.3.选题的目的及意义选题的目的及意义 光伏发电是有效利用太阳能资源的途径之一,近年来受到了世界各国的高度重视并得到了快速 的发展。 32目前,光伏发电面临的主要问题之一就是转换效率低。 解决这一问题的途径之一就是在光 伏发电过程中进行最大功率点跟踪。光伏发电系统输出功率的最大值点受到温度、光照等因素的影 响， 因此根据实时的温度和光照对光伏阵列（PV）的最大功率进行跟踪控制，对有效利用光伏新 能源具有重要的意义。 从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日 辐射量在 4 kWh/m2.天 以上，西藏最高达 7 kWh/m2.天，因此通过更加精确稳定的 MPPT 算法来控 制光伏阵列从而提高发电效率，可以创造更多的经济效益。 33-37 4.4.参考文献参考文献 【1】赵晶,赵争鸣，周德佳.太阳能光伏发电技术现状及其发展J.电气应用.2007,26(10): 610 【2】京特莱纳，汉斯卡尔著,余世杰，何慧若译.太阳能的光伏利用M,合肥工业大学,1991: l17. 【3】王长贵,崔容强，周里主编.新能源发电技术M.北京:中国电力出版社,2003:78. 【4】Platon Baltas,etc.The Arizona University Photovoltaic Designer Program(ASUPVD).De- partment of Electrical and Computer Engineering,Arizona State University,1996. 【5】X.S.Cai, renewable energies: present 模糊控制器模块的输入为第 n 与第 n- 1 时 刻的功率差值以及第 n - 1 时刻占空比 D 的步长值, 输出为第 n 时刻占空比 D 的步长值。分别利用传输 时延 ( transfer de lay)模块来实现第 n 与第 n - 1 时的输出功率与占空比 D。 K e, Ka分别取为 100, 0. 01。 与其它三种算法的对比分析 1）与扰动观测法比较 扰动观测法以 PV 阵列当前电压的输出值为基点进行扰动观测，不能结合当前的温度和光照 确定扰动电压基准值，扰动范围很大，追踪速度慢，稳定性较差。本文提出的改进算法结合实时 的温度和光照强度确定最大功率点电压的参考值，然后以参考电压为基准进行扰动观测，从而快 速定位最大功率点，更具有快速跟踪最大功率点的能力。 2）与恒定电压法（CVT）比较 恒定电压法由于其电压保持不变，不能根据温度、光照的变化调整光伏阵列的输出电压值， 因此