基于超级电容储能的光伏并网低电压穿越技术研究

【摘要】：本文阐述了目前光伏并网发电的发展趋势,不断地由小容量小功率向大容量大功率的光伏电站发展,并说明了大容量光伏发电系统给电网安全运行所带来的影响,针对光伏并网低电压穿越技术进行了深入地研究,建立了光伏并网发电系统以及超级电容储能系统的数学模型；并分析了电压跌落时光伏并网发电系统的暂态特性,说明了在电网电压跌落时间内仍需并网运行,需解决系统功率不平衡问题；因此提出了基于超级电容储能的低电压穿越技术方案。 同时针对电网电压发生不对称跌落时的低电压穿越(LVRT)技术研究,分析了电网电压不对称对并网逆变器直接功率控制(DPC)的影响,为实现并网输出电流的平衡正弦化,需抑制并网负序电流,改进了DPC控制结构,增加了一个功率补偿模块,并且采用了电网电压正序分量进行扇区的选取；为满足在电网电压发生严重畸变时的控制性能要求,采用了一种先进的鲁棒性强的FRF-PLL锁相技术,不仅实现了正序分量锁相,而且还能够进行正负序分量的实时分离,为改进DPC控制提供了良好的前提条件；同时分析了电压发生严重不对称跌落时,也需采用基于超级电容储能的LVRT技术方案,以有助于其低电压穿越功能的实现。 最后在MATLAB/SIMUlink仿真环境下,进行了整个光储联合发电系统的仿真模块搭建,并通过仿真分析验证了所提低电压穿越技术方案的有效性和可行性。图50幅,表2个,参考文献77篇。 【关键词】：光伏发电系统 超级电容储能 低电压穿越技术(LVRT) 直接功率控制(DPC)
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 大容量光伏发电给电网安全带来的挑战10-14
• 1.2.1 大容量光伏发电发展态势10-11
• 1.2.2 大容量光伏发电对电网安全运行的影响11-12
• 1.2.3 光伏并网低电压穿越技术研究现状12-14
• 1.3 超级电容发展与应用现状14-16
• 1.3.1 超级电容的发展现状14-15
• 1.3.2 超级电容在新能源发电领域的应用现状15-16
• 1.4 课题来源与本文主要内容16-18
• 2 光储联合运行发电系统数学模型18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 光伏并网发电系统18-31
• 2.2.1 光伏电池建模18-21
• 2.2.2 电网平衡时并网逆变器功率数学模型21-25
• 2.2.3 电网不平衡时并网逆变器功率数学模型25-27
• 2.2.4 光伏并网逆变器的直接功率控制27-31
• 2.3 超级电容储能系统31-35
• 2.3.1 超级电容等效数学模型31-33
• 2.3.2 双向DC/DC变流器的主电路设计33-34
• 2.3.3 双向DC/DC变流器的控制34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 基于超级电容储能的光伏并网低电压穿越方案36-59
• 3.1 电网电压跌落概述36-38
• 3.2 电压跌落时光伏发电系统的特性分析38-42
• 3.2.1 电压跌落时直流侧的特性分析38-40
• 3.2.2 电压跌落时并网逆变器的特性分析40-42
• 3.3 电网电压对称跌落时低电压穿越技术实现42-47
• 3.3.1 基于超级电容储能的低电压穿越技术方案42-43
• 3.3.2 光伏并网逆变器的直接功率控制43-44
• 3.3.3 采用超级电容储能的直流母线电压控制44-47
• 3.4 电网电压不对称跌落时低电压穿越技术实现47-58
• 3.4.1 基于FRF-PLL的正负序分量分离技术47-50
• 3.4.2 电压不对称对并网逆变器DPC控制的影响50-53
• 3.4.3 基于正负序分量检测的改进直接功率控制53-56
• 3.4.4 基于超级电容储能的改进DPC实现低电压穿越技术56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 4 光伏并网低电压穿越(LVRT)技术仿真实验分析59-69
• 4.1 仿真模块搭建59-62
• 4.1.1 FRF-PLL模块搭建及仿真59-60
• 4.1.2 光储联合发电系统仿真模块搭建60-62
• 4.2 低电压穿越仿真实验分析62-68
• 4.2.1 电网电压对称跌落时光伏并网LVRT技术仿真62-64
• 4.2.2 电网电压不对称跌落时光伏并网LVRT技术仿真64-68
• 4.3 本章小结68-69
• 5 结论与展望69-71
• 5.1 结论69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-77
• 攻读学位期间主要研究成果77-78
• 致谢78

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