具有光伏并网发电功能的并联型有源电力滤波器的控制策略研究

【摘要】：在当今石油、煤碳等能源短缺的情况下,太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁环保能源逐步成为新能源的研究主体。太阳能光伏发电具有能源质量高、安全可靠、无噪声、建设周期短等优势。但一直以来,受限于光电转换效率、成本以及系统并网的严格要求,太阳能发电仍未达到实用化。在光电变换过程中,由于电力电子器件的开关动作,将向电网注入大量的谐波分量,从而影响交流电网中电压、电流波形。光伏并网发电技术和并联型有源电力滤波器是有效解决上述问题的途径。光伏并网发电技术和并联型有源电力滤波器在实际应用中同样面临一些问题。例如,光伏并网发电装置只能够在白天工作,夜晚必须切离电网,频繁的投切动作将降低设备的利用率并影响电网的稳定性；两者实际应用的投入成本较高,不利于工业实用化。由于光伏并网发电装置和并联型有源电力滤波器在工作原理上不同,通过对其结构拓扑和控制策略进行比较、研究,结果表明具有光伏并网发电功能的并联型有源电力滤波器(PVPC)可以在基本不增加系统硬件的条件下,同时实现光伏并网发电和改善电能质量两项功能。此外,通过将光伏并网发电技术和并联型有源电力滤波器合并为一套具有多功能的装置,不仅提高了资源的利用率,减少了成本,而且提高了系统的利用率。本文对PVPC系统的控制策略进行分析研究,提出：谐波检测环节,采用基于箕舌线多因子变步长LMS谐波检测合成方法对光伏并网指令信号进行谐波信号检测和指令合成,有利于提高检测准确度；电流跟踪控制环节,采用混沌二进制粒子群优化算法对下一时刻并网电流值进行预测,提高系统响应速度；指令电流跟踪控制系统,采用广义PI控制嵌入快速重复控制双闭环复合控制方式,增强控制系统的响应能力；光伏转换环节,采用基于变步长的扰动观测法对光伏模块进行最大功率点跟踪,提高系统处理的快速性和稳定性。文章采用Matlab7.0中的Simulink仿真软件对统一控制系统进行建模,通过分析输出补偿波形,说明控制系统能够同时实现光伏并网发电和改善电能质量,并且电网系统电流畸变率低于5%,满足国家标准的要求,验证了系统的可行性。 【关键词】：光伏并网发电 并联型有源电力滤波器 箕舌线多因子谐波检测 MPPT 并网指令电流预测
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN713;TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 光伏并网发电技术概况8-10
• 1.1.1 光伏并网发电技术的应用与现状研究8-9
• 1.1.2 光伏发电技术发展前景和发展障碍9-10
• 1.2 有源电力滤波器基础概况10-14
• 1.2.1 谐波简介10-13
• 1.2.2 有源电力滤波器的行业背景和应用现状13
• 1.2.3 有源电力滤波器发展障碍13-14
• 1.3 课题研究的目的和意义14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 光伏并网发电与SAPF统一控制理论分析16-24
• 2.1 光伏并网发电系统与SAPF对比分析16-19
• 2.1.1 光伏并网发电技术系统原理与拓扑结构16-17
• 2.1.2 并联型有源电力滤波器原理与拓扑结构17-18
• 2.1.3 光伏并网发电系统和SAPF系统比较分析18-19
• 2.2 光伏并网发电与SAPF统一控制原理分析19-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 统一控制系统谐波电流检测及指令合成算法24-41
• 3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波检测及指令合成算法24-28
• 3.1.1 瞬时无功功率理论24-26
• 3.1.2 ip-iq谐波检测及指令合成算法26-27
• 3.1.3 ip-iq谐波检测及指令合成算法仿真实现27-28
• 3.2 自适应噪声对消技术28-39
• 3.2.1 自适应噪声对消检测技术原理28-29
• 3.2.2 自适应谐波电流检测及指令合成算法29-31
• 3.2.3 基于箕舌线的多因子LMS谐波检测算法31-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第四章 统一控制系统多控制策略的研究41-61
• 4.1 统一控制系统(PVPC)结构图41-42
• 4.2 直流侧电压稳定闭环控制42-43
• 4.3 基于混沌二进制粒子群算法的电流预测控制43-50
• 4.3.1 粒子群优化算法44-46
• 4.3.2 混沌学和混沌优化算法46-47
• 4.3.3 基于混沌二进制粒子群算法的电流预测控制47-50
• 4.4 高补偿精度电流双闭环控制策略50-55
• 4.4.1 广义PI控制50-51
• 4.4.2 重复控制原理51-54
• 4.4.3 广义PI控制和快速重复控制双闭环控制策略54-55
• 4.5 最大功率点跟踪控制(MPPT)55-59
• 4.5.1 传统扰动观测法56-58
• 4.5.2 变步长扰动观测法58-59
• 4.6 孤岛效应59
• 4.7 本章小结59-61
• 第五章 具有光伏并网发电功能的并联型有源电力滤波器的建模与仿真分析61-71
• 5.1 SAPF系统的模型建立与各主要环节的建模61-67
• 5.1.1 谐波电流检测及指令合成模块63-64
• 5.1.2 光伏电池及MPPT的数学模型64-66
• 5.1.3 高精度电流控制策略66-67
• 5.2 具有光伏发电并网功能的并联型有源电力滤波器的仿真结果分析67-69
• 5.3 本章小结69-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 个人简历78
• 在学期间发表的学术论文78

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