并网光伏发电系统无功电压控制研究

【摘要】：随着能源可持续发展战略的推进，光伏发电技术迅速发展，从基础科学的研究到工程实践，光伏发电俨然已成为当今电力科学中最为活跃的研究领域之一。由于光伏发电在电网电源中比例不断增大，围绕光伏并网问题的研究课题也越来越受关注。本文分析光伏并网点静态电压稳定性问题，通过釆取无功电压控制策略，改善并网点的电压稳定性，提高电网接纳光伏能力。 根据装机容量与并网电压等级不同，并网光伏系统分为分布式光伏发电并网系统与大型光伏电站。本文首先分析了并网光伏系统有功、无功出力变化对并网点电压的影响，并网光伏逆变器应发出一定的无功功率支撑电网电压。并对系统内部单个逆变器的数学模型、向量图、无功出力极限等理论进行了分析，在两相静止坐标系下，建立单个逆变器整体控制框图，系统控制包括有功控制、无功独立控制、电流控制、电压畸变和不平衡时控制方法，为后续并网光伏发电系统的无功电压控制研究奠定基础。 在分布式光伏发电系统背景下，仅以并网逆变器作为灵活可控的无功源。从电网电压降落角度研究光伏发电接入电网前后并网点电压的变化，并深入分析了德国电气工程师协会提出的几种分布式光伏系统无功电压控制策略，在此基础上提出一种基于并网点电压幅值与光伏有功出力的Q(U,P)无功功率控制策略，在该控制策略下，光伏系统所有逆变器参与电网电压调节，在维持电网电压在要求范围的前提下，无功吸收总量最低，电网有功、无功损耗最小。 在大型光伏电站背景下，以并网逆变器与无功补偿装置SVG作为无功源。本文首先详细介绍了大型光伏电站的实际模型，研究了大型光伏电站对电网电压静态稳定性的影响。再次，根据并网点电压幅值Q(U)策略整定光伏电站实时无功差额，进而在光伏发电单元与无功补偿装置之间协调分配，以维持并网点电压的稳态运行。为减小电站内部集电线路无功传输，降低功率损耗，无功控制中优先考虑无功补偿装置。当无功补偿装置满发时，将剩余无功功率分配给各光伏发电单元，光伏发电单元之间的无功分配结合了电压/无功灵敏度的分析，在灵敏度基础上确定了光伏发电单元的无功输出，由此提高了光伏电站的调压能力。 本文详细分析不同类型并网光伏发电系统对电网电压静态稳定性的影响，并针对各自的结构特点对其进行无功电压控制，为提高光伏系统汇集地区系统的电压稳定性与增大光伏系统在电网中的渗透率奠定了理论基础和决策支持。 【关键词】：并网光伏系统 逆变器 无功电压控制 协调控制 灵敏度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM761.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景与意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 光伏发电系统的分类10-12
• 1.2.2 分布式光伏发电系统无功电压控制技术研究现状12-14
• 1.2.3 大型光伏电站无功电压控制技术研究现状14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 2 并网光伏逆变器无功控制理论17-31
• 2.1 并网点光伏系统有功、无功出力分析17-18
• 2.2 单个逆变器控制策略18-21
• 2.2.1 电流控制环19-20
• 2.2.2 有功控制环20-21
• 2.2.3 无功控制环21
• 2.3 逆变器发出无功约束条件21-24
• 2.4 仿真与实验结果24-30
• 2.4.1 仿真分析24-28
• 2.4.2 实验分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 分布式光伏发电系统无功电压控制研究31-42
• 3.1 光伏系统并网电压稳定性分析31-32
• 3.2 Q(U,P)无功功率控制策略分析32-36
• 3.2.1 恒功率因数 cosφ控制32-33
• 3.2.2 基于有功输出的 cosφ(P)控制策略33
• 3.2.3 基于并网点电压幅值的 Q(U)控制策略33-34
• 3.2.4 基于并网点电压幅值与光伏有功出力的 Q(U,P)无功功率控制策略34-36
• 3.3 仿真研究36-40
• 3.3.1 光伏系统建模36-37
• 3.3.2 无功功率控制策略仿真分析37-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 大型光伏电站无功电压控制研究42-53
• 4.1 大型光伏电站并网电压稳定性分析42-46
• 4.1.1 大型光伏电站结构42-44
• 4.1.2 线路参数对电压稳定性的影响44-46
• 4.2 分层无功电压控制策略46-50
• 4.2.1 策略概述46-47
• 4.2.2 光伏发电单元的电压/无功灵敏度分析47-48
• 4.2.3 光伏电站无功电压控制策略48-50
• 4.3 仿真研究50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 总结与展望53-55
• 5.1 总结53
• 5.2 展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-61
• 附录61

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