大型光伏电站逆变器并网控制策略及稳定性分析

【摘要】：在能源紧缺和环境污染日益严重的新形势下，建设大型光伏电站是大规模利用太阳能的有效方式，也是优化能源配置和缓解雾霾天气的重要途径。但大型光伏电站通常建立在远离负荷中心、光照资源丰富的荒漠地区，光伏发电系统经过长距离输电线路与负荷连接。光伏电站存在并网电能质量低、电网电压波动越限等问题，而且当变压器与长距离输电线路等构成的电网阻抗较大时或者装机容量增加时，易引起光伏发电系统产生谐振，限制了光伏电站的规模化应用。为提高光伏电站的并网电能质量，增强光伏电站并网稳定性，论文围绕光伏电站和电网之间的相互影响机理，以光伏电站中的并网逆变器为研究对象，从光伏电站的等效建模以及并网逆变器在非理想电网下的控制、无功调压控制和并网稳定性方面探讨了并网逆变器面临的技术难题，并提出了相应的分析方法及解决方案。 论文首先以863课题“大型光伏电站并网关键技术研究”所依托的国电蒙电40MWp光伏发电项目为例，通过对光伏阵列、并网逆变器以及输电网络电路模型的分析，建立了光伏电站的等效电路模型，指出光伏电站和电网之间以及各并网逆变器之间相互影响的关键因素在于电网阻抗。在此基础上，针对光伏电站并网逆变器LCL滤波器谐振和直流侧电压波动等问题，研究了并网逆变器在正常电网下的电流环优化方案，为并网逆变器后续问题的深入研究奠定了基础。 实际上各并网逆变器的接入点电压并不是理想的，为提高并网电能质量，论文分别从电网畸变不平衡和电网基频偏移角度进行了分析。针对电网畸变不平衡，分析了传统正序电流控制和有功恒定控制之间的矛盾，提出了并网逆变器在静止坐标系下的协调控制策略以及相应的正负序基波分量提取算法。针对电网基频偏移，分析了电流控制器谐振带宽抑制能力不足的缺点，并给出了相应的改进方案。在上述基础上，提出了并网逆变器在非理想电网下的控制策略，即在保证并网电能质量前提下，通过调节电流控制指令中负序分量的权重，实现并网电流幅值不平衡和瞬时有功波动之间的协调控制。仿真与实验结果也验证了所提控制策略的可行性和有效性。 针对光伏电站电网电压波动越限的无功调压问题，论文从电网电压稳定性角度出发，对光伏电站有功输出变化对并网电压的影响进行了量化分析。此外，归纳总结了并网逆变器在不同控制方式下的无功容量及其无功补偿局限性，提出了无功补偿装置为主、并网逆变器为辅的无功输出模式。在此基础上，依据电力系统无功与电压控制的基本思想，提出了适用于光伏电站的并网逆变器无功调压控制策略，并对具体实现方式、无功分配方案、光伏发电单元无功优化等关键问题进行了阐述。算例仿真也验证了所提无功调压控制策略的可行性和有效性。 最后，针对光伏电站装机容量增加时或者电网阻抗较大时光伏发电系统的稳定性问题，论文将电网阻抗因素考虑到光伏电站并网逆变器电流控制中，通过对电网阻抗在各并网逆变器之间耦合效应的分析，建立了考虑电网阻抗影响的光伏电站等效电路模型。在此基础上，利用传统的频域分析法，从系统阻尼和开环传递函数两个角度，分析了电网阻抗对并网逆变器电流控制的影响，理论分析表明：等效电抗的影响要远大于等效电阻，等效电阻的增加会降低系统的稳态性能，而等效电抗的增加会严重减小系统的截止频率和稳定裕度，进而降低系统的动态性能甚至导致不稳定。对此，论文分别从光伏电站规划和并网逆变器电流控制角度给出了初步的解决思路。算例仿真和相关实验也验证了上述理论分析的正确性。 【关键词】：大型光伏电站 并网逆变器 控制策略 无功与电压控制 稳定性分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 大型光伏电站研究背景概述9-11
• 1.3 大型光伏电站中并网逆变器的技术问题11-15
• 1.3.1 并网电能质量问题13-14
• 1.3.2 无功与电压控制问题14
• 1.3.3 并网稳定性问题14-15
• 1.4 大型光伏电站中并网逆变器研究综述15-24
• 1.4.1 并网逆变器电流控制技术15-22
• 1.4.2 并网逆变器无功与电压控制技术22-23
• 1.4.3 并网逆变器并网稳定性问题23-24
• 1.5 本文的主要研究内容24-27
• 2 大型光伏电站工作机理分析27-53
• 2.1 引言27
• 2.2 大型光伏电站的拓扑结构及特点27-29
• 2.3 大型光伏电站的等效建模29-36
• 2.3.1 光伏阵列电路模型29-31
• 2.3.2 并网逆变器电路模型31-34
• 2.3.3 输电网络电路模型34-35
• 2.3.4 大型光伏电站的等效电路模型35-36
• 2.4 并网逆变器主电路关键技术参数设计36-39
• 2.4.1 三相 LCL 滤波器参数设计37-38
• 2.4.2 直流支撑电容参数设计38-39
• 2.5 并网逆变器电流控制技术研究39-47
• 2.5.1 并网逆变器控制系统39-42
• 2.5.2 控制系统参数设计42-47
• 2.6 仿真及实验验证47-52
• 2.6.1 仿真验证47-48
• 2.6.2 实验验证48-52
• 2.7 本章小结52-53
• 3 光伏并网逆变器在非理想电网下的控制策略53-81
• 3.1 引言53
• 3.2 电网不平衡时并网逆变器协调控制策略53-61
• 3.2.1 电网不平衡时并网逆变器瞬时功率特性53-56
• 3.2.2 电网不平衡时并网逆变器正负序电流控制指令56-58
• 3.2.3 电网不平衡时并网逆变器协调控制策略58-61
• 3.3 非理想电网下逆变器并网同步算法的设计61-70
• 3.3.1 传统 SRF‐PLL 的基本原理及缺点61-63
• 3.3.2 正负序基波分量提取方法的设计63-66
• 3.3.3 并网同步算法的实现66-67
• 3.3.4 仿真及实验验证67-70
• 3.4 并网逆变器在非理想电网下控制策略的具体实现70-73
• 3.4.1 电流控制器在电网基频偏移较大时的改进方案70-71
• 3.4.2 具体实现方式71-73
• 3.5 仿真及实验验证73-79
• 3.5.1 仿真验证73-76
• 3.5.2 实验验证76-79
• 3.6 本章小结79-81
• 4 光伏并网逆变器无功与电压控制策略81-99
• 4.1 引言81
• 4.2 大型光伏电站并网电压稳定性分析81-86
• 4.2.1 有功输出变化对并网电压影响量化分析81-84
• 4.2.2 并网逆变器无功容量及其无功补偿局限性84-85
• 4.2.3 无功补偿装置无功容量的确定85-86
• 4.3 无功与电压协调控制策略的研究86-93
• 4.3.1 光伏电站无功补偿最新规定86-87
• 4.3.2 具体实现方式87-90
• 4.3.3 无功分配方案90-91
• 4.3.4 光伏发电单元无功优化91-93
• 4.4 算例仿真93-97
• 4.4.1 算例说明93-94
• 4.4.2 光照强度渐变时94-96
• 4.4.3 光照强度突变时96-97
• 4.5 本章小结97-99
• 5 光伏并网逆变器稳定性分析99-119
• 5.1 引言99
• 5.2 电网阻抗影响建模99-105
• 5.2.1 考虑电网阻抗影响的三相 LCL 滤波并网逆变器电路模型99-101
• 5.2.2 考虑电网阻抗影响的大型光伏电站等效电路模型101-105
• 5.3 并网稳定性分析105-111
• 5.3.1 电网阻抗对电容电流有源阻尼的影响106-108
• 5.3.2 电网阻抗对并网稳定性的影响108-111
• 5.3.3 抑制电网阻抗影响的相关对策111
• 5.4 仿真验证111-116
• 5.4.1 光伏电站装机容量增加时112-114
• 5.4.2 考虑电网阻抗变化时114-116
• 5.5 实验验证116-118
• 5.6 本章小结118-119
• 6 总结与展望119-123
• 6.1 全文总结119-120
• 6.2 后续工作展望120-123
• 致谢123-125
• 参考文献125-135
• 附录135
• A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文135
• B. 作者在攻读博士学位期间申请的专利135
• C. 作者在攻读博士学位期间参研的项目135

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

光伏并网发电及无功补偿的统一控制    汪海宁,苏建徽,张国荣,茆美琴,丁明

具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统    吴理博;赵争鸣;刘建政;王健;袁立强;

300kW光伏并网系统优化控制与稳定性分析    周德佳;赵争鸣;袁立强;冯博;

并网逆变器LCL接口直接输出电流控制建模及稳定性分析    郭小强;邬伟扬;顾和荣;王立乔;赵清林;

三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计与研究    刘飞;查晓明;段善旭;

考虑随机阴影影响的光伏阵列失配运行特性    卞海红;徐青山;高山;雪田和人;一柳胜宏;

不对称电网电压条件下三相并网型逆变器的控制    章玮;王宏胜;任远;胡家兵;贺益康;

基于重复控制的单相分时复合级联光伏逆变器控制    耿攀;吴卫民;叶银忠;刘以建;

三相并网逆变器模型电流预测控制技术    杨勇;赵方平;阮毅;赵春江;

三相电压型并网逆变器预测直接功率控制    尚磊;孙丹;胡家兵;贺益康;

双PWM变频器及其协调控制技术研究    郑征

三相并网光伏发电系统的运行控制策略    刘飞

LCL滤波并网逆变器的数字单环控制技术研究    殷进军

FPGA应用技术及在电力系统中的应用前景    张志杰,叶海峰,汪翔

MATLAB/Simulink在《电力电子技术》教学研究中的应用    吴剑威;唐立新;

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

利用PSPICE仿真分析PWM控制电路    赵涛,姜卫东

全数字化抗三相不对称光伏正弦波逆变电源    叶爱芹;潘颖;

变频技术在医院污水处理工程中的应用    王军邦;

直流脉宽数字调速系统中电磁干扰的解决方法    张均华 ,肖国春 ,徐峰 ,王兆安

有源逆变中SPWM工频误差问题的研究    闫国琦;李继宇;李明;魏得仙;梅慧兰;

太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术    王康模;陈长缨;于志刚;刘兴华;刘小冲;赵俊;

ITO/Si/Al结构太阳电池pn结光电特性仿真研究    施敏;王强;孙玲;

琅琊山电站机组变频启动时转子位置计算的介绍    汪卫平;

基于OIF-Elman网络的光伏电源最大功率点跟踪方法研究    苏刚;龚威;潘雷;高瑞;王贝贝;

基于PLC控制的PWM调节电容型SVC的研究    韩琳;李士杰;方科;张进;

非均匀辐射条件下光伏阵列建模及运行稳定性分析    张渊明;孙彦广;张云贵;

基于LonWorks的新型风机控制器    唐鹏辉;张云贵;王丽娜;

基于STC89C52单片机PWM调速控制系统的硬件设计    刘紫晶;

TMd-50系列高压变频器在梅钢1780热连轧的应用    王文娟;

一种采用多重化整流技术的低谐波逆变弧焊电源    张光先;尹海;苗华伟;刘晨;

基于三电平逆变器的并联型三相四线制有源电力滤波器综述    平阳乐;陈阿莲;杜春水;张承慧;

永磁同步电机谐波电流分析及其对转矩的影响研究    王晓远;周巍;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

多直流馈入受端交流电网继电保护动作特性研究    张璞

基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究    杨波

基于磁开关和带状线的长脉冲、超低阻抗脉冲发生器及其相关技术研究    杨实

变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究    张红娟

永磁风力发电机分布式直流并网变流器的研究与实现    张洪阳

磁性液体微压差传感器的理论及实验研究    郝瑞参

光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究    于蓉蓉

微网多目标优化运行及控制策略研究    崔明勇

基于随机规划的风蓄联合智能动态经济调度    于佳

基于MSP430逐日系统的研究与实现    曾达

含STATCOM直驱式风力发电系统电压稳定控制研究    唐东成

并网光伏微型逆变器研究    段明星

配电网静止无功补偿器控制方法研究    易驰

平板光伏系统与槽式聚光光伏系统的电性能影响因素研究    高国栋

户用型离网光伏发电系统能量管理研究    万山龙

6kW DC/DC变换器热分析及散热结构优化    陈捷恺

变流技术在分布式发电和微电网上的应用    彭方正;

基于正序基波提取器的无功、谐波和负序电流检测方法    汤赐;罗安;程莹;代亚培;

新能源分布式发电系统并网与离网运行的柔性切换技术    盛建科;曾嵘;年珩;佘岳;徐凤星;

单相电力锁相环技术综述    袁庆庆;戴鹏;符晓;伍小杰;

我国发展大规模非水可再生能源发电的前景    周孝信;曹一家;

光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析    杨卫东;薛峰;徐泰山;方勇杰;李碧君;

电网不对称时直驱风电机组双电流环控制策略    孙素娟;赵紫龙;陈玮;

谐波抑制与无功补偿装置控制技术的进展    王玉斌;吕燕;田召广;徐桢;

三相四线制有源电力滤波器主电路的结构形式与控制    卓放,杨君,胡军飞,王兆安

全数字化控制实现的三相四线制有源电力滤波器    卓放,王跃,何益宏,李红雨,王兆安

    本报记者 王旭辉

基于LCL滤波器的单相并联有源滤波器控制技术研究    唐诗颖

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

基于状态空间理论的PWM逆变电源控制技术研究    彭力

变速恒频风力发电系统运行与控制研究    刘其辉

燃料电池并网逆变技术研究    沈国桥

光伏发电并网与并联关键技术研究    余蜜

超大规模荒漠并网光伏电站的建设    廖华;许洪华;

青海省独立光伏电站运行维护管理经验    陈慧玲;

青海省光伏电站所面临的挑战与对策    石坚;

独立村落光伏电站系统运行及使用的调研与分析(2)——村落光伏电站机手的调研与分析    陈东兵;马胜红;张亚彬;陈光明;董文娟;

并网光伏电站动态建模及仿真分析    李晶;许洪华;赵海翔;彭燕昌;

考虑电网安全稳定约束的光伏电站最大安装容量计算与分析    王一波;李晶;许洪华;

独立光伏电站太阳场地的评价    马勇刚;张跃;曾丽琴;

发改委称国家将在甘肃建首个大型沙漠光伏电站    

美国亚利桑那州立大学建立光伏电站    

山区光伏电站日常维护与管理    宋书伟;

乌兰并网光伏电站设计体会    杨建;杨宇东;胡会永;史红丽;

光伏电站接入电网影响分析    顾文;王红星;徐敦彬;陈士军;

上海崇明前卫太阳能光伏电站的运行实践和成果    潘捷;任浩翰;戴成鸿;周彬;

分布式光伏电站的数据采集研究    许颖文;陆成;

中德财政合作青海太阳能项目光伏电站设计与运行    刘宏;李田珍;岳兴华;

基于机理模型的并网光伏电站实时效率分析    陈祥;

基于机理模型的并网光伏电站实时效率分析    陈祥;

光伏电站与配电网谐波交互影响    谢宁;罗安;马伏军;陈燕东;帅智康;

光伏电站信息化管理系统研发    王民浩;谢小平;余荣祖;王霁雪;郭雁珩;易跃春;杨存龙;魏显贵;李伟宏;原向阳;曹海滨;庞秀岚;

大型并网光伏电站的设计与探讨    陈祥;

光伏电站开发成本有望降低    记者 王文嫣

业界“点赞”规范光伏电站投资开发新政    本报记者 赵汀

边远地区独立光伏电站后期维护费用应尽快落实    记者 蒙华 刘荣慧

国内首个荒漠化并网光伏电站建成    李满福

青海百科10兆瓦并网光伏电站开工    记者 王志远

气候论证曹妃甸光伏电站工程    记者 邢开成　通讯员 顾光芹

山东最大光伏电站在济落户    记者 杨镇

全国最大屋顶光伏电站在杭州落成    记者 方云伟

特呈将建全省首个大型光伏电站    记者 肖胤　通讯员 李弥园

阜宁屋顶光伏电站并网发电    施玉森　杨树立

电网接纳光伏电站并网运行的适应性及对策研究    李乃永

大型光伏电站逆变器并网控制策略及稳定性分析    杨明

计及相关性的含风电场和光伏电站电力系统可靠性评估    秦志龙

并网光伏电站模型及其运行特性研究    许晓艳

大规模光伏电站建模及外特性研究    王旭阳

基于物联网分布式楼宇光伏电站监控系统设计    柳希广

计及相关性的光伏电站容量可信度评估    高英

光伏电站接入孤立电网的优化运行与稳定性研究    侯磊

大型光伏电站接入对内蒙电网影响的研究    李伟

大型光伏电站接入电网的技术和特性研究    张琪祁

光伏电站检测系统的研究    方白

并网光伏电站的电能质量评估及运行特性分析    叶金根

光伏电站有功功率控制策略研究    李烨