分布式光伏并网发电系统控制技术研究

【摘要】：当今世界,随着人口数量的快速增加和人类社会持续、高速的发展,能源短缺和环境污染已经成为当今社会面临的重要问题。大力发展新能源,改善能源结构、缓解环境污染,已经成为世界各国的共识。其中,太阳能光伏发电以其可靠性、清洁性及取之不尽、用之不竭的特点,正在发展成为可再生能源甚至世界能源组成中的重要部分。分布式光伏并网发电是光伏发电的一种主要形式,其成本低、使用灵活、容易推广,拥有巨大的发展潜力。因此吸引了大量科研人员进行分布式光伏并网技术研究,并取得了大量的研究成果。但随着分布式能源的快速发展,一些新的现象和问题逐渐出现,对分布式光伏并网发电技术提出了新的要求。本文以单相分布式光伏并网发电系统为研究对象,分别对系统能量管理、并网电能质量控制、并网安全三个方面展开研究,重点研究光伏最大功率跟踪(MPPT)技术、并网电流控制技术和孤岛检测技术。本文的主要研究内容如下:1)分析介绍光伏电池输出特性、等效模型和传统MPPT算法,特别是光伏电池阵列存在局部阴影或非均匀光照情况时的特性。揭示了在局部阴影条件下光伏电池串联阵列输出特性和串联组件电压的关系,并利用这一特殊关系提出了一种适用于局部阴影情况下的快速MPPT算法。该算法具有自动判断是否存在局部阴影情况、预测功率曲线极值点位置、快速跟踪全局最大功率点的优势。最后通过仿真和实验验证了该算法能够有效的跟踪全局最大功率点,并且较现有的扫描算法在跟踪速度和能量利用率上都具有明显优势。2)建立了单相逆变系统数学模型,分析光伏并网系统的工作原理和控制方法。首先引入了电网电压前馈环节,消除电网电压对并网电流的扰动影响。同时考虑现实中电网阻抗不可忽略且容易变化的现象,提出了一种改进的重复控制并网电流控制策略。该策略将期望电流前馈控制和FIR数字滤波器引入传统重复控制,在保证并网电能质量的同时,有效提升重复控制的动态性,并削弱重复控制参数设计对系统精确建模的依赖,提高了算法的实用性。相关仿真和实验显示本算法能在期望电流突变后快速响应,同时系统并网电流总谐波畸变小于5%,功率因数大于0.950,满足国际国内相关标准对并网电能质量的要求。3)阐述了孤岛效应产生的原因和危害,并对目前常用的孤岛检测方法进行了介绍。首次对基于主动频率扰动和电流正反馈扰动检测方法的多逆变器并网系统进行了分析仿真,阐述了稀释效应导致孤岛检测失效的机理。在此基础上提出一种基于参数自适应的主动频率扰动改进方法。该方法能够最大限度抑制多孤岛检测算法间的稀释效应,减小孤岛检测盲区,加快孤岛检测速度。仿真实验验证了本方法能够在传统孤岛检测技术失效的情况下,快速检测出孤岛现象的存在。 【关键词】：最大功率跟踪 PI控制 重复控制 并网电流控制 孤岛效应 FIR滤波器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 分布式光伏并网发电研究的背景和意义16-20
• 1.1.1 国外光伏发电产业的发展现状17-18
• 1.1.2 我国光伏发电产业的发展现状18
• 1.1.3 分布式光伏并网发电系统概述18-20
• 1.2 分布式光伏并网发电系统控制技术的研究现状20-28
• 1.2.1 光伏电池最大功率点跟踪算法的研究现状20-22
• 1.2.2 并网电能质量控制策略的研究现状22-24
• 1.2.3 孤岛检测技术的研究现状24-28
• 1.3 本文的主要贡献与创新28-29
• 1.4 本论文的结构安排29-30
• 第二章 光伏电池阵列最大功率跟踪技术研究30-52
• 2.1 太阳能光伏电池的特性分析30-34
• 2.1.1 光伏电池的输出特性30-33
• 2.1.2 光伏电池阵列的等效模型33-34
• 2.2 均匀光照下的最大功率跟踪算法34-37
• 2.3 改进的局部阴影情况下MPPT算法研究37-47
• 2.3.1 局部阴影情况下电池阵列特性分析38-43
• 2.3.2 一种改进的全局MPPT算法43-47
• 2.4 仿真和实验47-51
• 2.4.1 仿真验证47-49
• 2.4.2 实验验证49-51
• 2.5 本章小结51-52
• 第三章 光伏并网电流控制策略研究52-80
• 3.1 光伏并网系统工作原理52-55
• 3.2 并网电流控制系统建模和基本控制原理55-59
• 3.2.1 电网电压前馈控制57-58
• 3.2.2 基于传统PI控制的并网电流控制策略58-59
• 3.3 重复控制理论基础与性能分析59-65
• 3.3.1 重复控制器的理论基础60-61
• 3.3.2 重复控制的系统结构和基本设计方法61-63
• 3.3.3 基于完美对消的重复控制设计63-65
• 3.4 一种改进的并网电流重复控制方法65-73
• 3.4.1 提升重复控制动态性65-66
• 3.4.2 改进补偿器S(z)的设计66-70
• 3.4.3 基于改进重复控制算法实例70-73
• 3.5 仿真和实验73-79
• 3.5.1 仿真实验73-76
• 3.5.2 系统真实环境实验76-79
• 3.6 本章小结79-80
• 第四章 光伏并网系统孤岛检测技术研究80-117
• 4.1 孤岛效应发生机理80-83
• 4.2 孤岛效应检测方法83-97
• 4.2.1 被动式孤岛检测技术86-88
• 4.2.2 主动式孤岛检测技术88-97
• 4.3 多并网系统下孤岛检测技术的分析和仿真97-107
• 4.3.1 基于SFS的稀释效应分析97-99
• 4.3.2 基于CDPF的稀释效应分析99
• 4.3.3 CDPF和SFS孤岛检测方法并联影响分析99-101
• 4.3.4 仿真实验101-107
• 4.4 一种适用于多并网系统的孤岛效应检测方法研究107-116
• 4.4.1 一种适用于多并网系统的参数自适应SFS方法107-108
• 4.4.2 参数自适应SFS方法NDZ分析108-109
• 4.4.3 参数自适应SFS在多逆变器并网孤岛检测中的应用109-111
• 4.4.4 仿真实验111-116
• 4.5 本章小结116-117
• 第五章 全文总结与展望117-119
• 5.1 全文总结117-118
• 5.2 展望118-119
• 致谢119-120
• 参考文献120-128
• 攻读博士学位期间取得的成果128-130

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