光伏系统并网控制策略的研究及应用

【摘要】：随着世界各国经济的高速发展及不可再生能源的日渐枯竭,新能源发电技术必将成为未来发展的必然趋势。世界各国政府出台鼓励性政策支持光伏发电接入主网,促进了规模化光伏发电系统并入电网的发展速度,然而故障时的谐波污染及无功补偿问题,将会对电网运行的安全性和可靠性产生一定的消极影响,甚至会造成系统的解列。因此,本文在所建立的光伏逆变器暂态模型的基础上,重点研究了大规模光伏发电系统并网控制策略及其在故障情况下的应用,着重解决光伏系统故障时的谐波污染和无功补偿问题,实现故障时的低电压穿越,提升其并网运行的安全性和可靠性。具体工作内容如下:首先,本文从理论上对光伏电池板、Boost升压电路和并网逆变器的工作原理进行了分析,通过对传统经典最大功率跟踪(MPPT)控制方法的研究对比,对传统电导增量法最大功率跟踪速度进行了改进优化,基于MATLAB/SIMUlink的仿真结果证明了该策略的可行性。其次,本文在上述基础上对光伏并网发电系统的比例积分(Proportion Integration,PI)控制策略和比例谐振(Proportion Resonant,PR)控制策略进行了对比,深入分析了它们的优势与不足,并结合二者的优势,提出采用比例积分-谐振积分(PI-PR)跟踪并网指令电流的控制方法。通过在MATLAB/SIMUlink中对PI、PR、PI-PR并网控制策略的仿真结果相比较,验证了PI-PR控制策略的优越性。最后,本文在单位功率因数并网的基础上,采用PI-PR并网控制策略,以某个已投运的10kW光伏发电并网系统为背景,通过MATLAB/SIMUlink对PI-PR控制策略在低电压穿越(LVRT)中的应用进行了仿真。结果证明PI-PR控制策略不仅能够在故障时抑制电流中的高次谐波,还能快速发出无功功率,为进一步解决光伏系统故障情况下的低电压穿越问题提供了一定的理论参考。 【关键词】：光伏逆变器 最大功率跟踪 比例积分-比例谐振控制策略 无功补偿 谐波抑制 低电压穿越
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 选题背景与研究意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-13
• 1.1.2 研究意义13
• 1.2 主要新型能源简介13-16
• 1.3 光伏发电系统简介16-18
• 1.4 国内外光伏发电系统研究现状18-20
• 1.4.1 光伏并网发电系统控制策略研究18-19
• 1.4.2 光伏发电并网系统低电压穿越技术的研究19-20
• 1.5 论文的主要工作20-22
• 第二章 光伏并网系统模型的建立22-34
• 2.1 光伏电池系统22-26
• 2.1.1 光伏电池系统的工作原理及特性22-24
• 2.1.2 光伏电池板数学模型及仿真分析24-26
• 2.2 光伏系统工况分析26-31
• 2.2.1 Boost电路的工况分析26-29
• 2.2.2 滤波系统的工况分析29-31
• 2.3 光伏逆变器模型的设计31-33
• 2.3.1 建立光伏逆变器的数学模型31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 光伏并网系统最大功率跟踪控制策略的研究34-42
• 3.1 最大功率跟踪控制的工作原理34
• 3.2 经典最大功率点跟踪控制算法34-38
• 3.2.1 传统最大功率跟踪控制方法34-37
• 3.2.2 恒电压法与电导增量法MPPT控制的仿真分析37-38
• 3.3 改进的最大功率跟踪方法建模分析38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 光伏发电系统并网控制策略的研究42-58
• 4.1 瞬时无功理论与空间矢量变换42-44
• 4.2 无功补偿及降低谐波污染的理论分析44-45
• 4.3 逆变器电压电流双闭环控制45-46
• 4.4 光伏并网控制策略分析46-48
• 4.4.1 逆变器外环PI控制分析46-47
• 4.4.2 逆变器内环PR控制分析47
• 4.4.3 逆变器内环PI控制分析47-48
• 4.5 PI和PR控制器的对比分析48-52
• 4.5.1 PI与PR控制策略稳态误差的分析48-50
• 4.5.2 PI与PR控制策略扰动稳定性的分析50-52
• 4.6 PI控制器、PR控制器、PIR控制器的比较52-55
• 4.6.1 控制器性能分析52-54
• 4.6.2 谐振频率和频率偏移曲线仿真分析54-55
• 4.7 基于PI-PR控制策略实现LVRT的研究55-56
• 4.8 光伏并网系统电路模型56-57
• 4.9 本章小结57-58
• 第五章 光伏系统低电压穿越技术应用的研究58-66
• 5.1 国内外光伏发电系统并网要求58-61
• 5.1.1 国外光伏发电系统并网要求58-60
• 5.1.2 国内光伏发电系统并网要求60-61
• 5.2 PI-PR控制策略实现LVRT特性分析61-64
• 5.3 本章小结64-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74

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