光伏电站有功功率控制策略研究

【摘要】：随着接入电网的光伏电站装机容量的不断增加，由于太阳能光照资源的间歇性和波动性导致的光伏电站输出功率波动对电网稳定性的影响也越来越严重。因此电网开始对光伏电站接入电网的技术指标要求做出了详细的规范，其中对光伏电站的有功功率调节能力也提出了明确的要求。为提高光伏电站输出功率的平稳性和可调度性，提高电网对光伏电站的接纳能力，本文对光伏电站有功功率控制策略展开了研究。 1.从大规模光伏电站的接入对电网的影响出发，分析了光伏电站进行有功功率控制的必要性，并根据电网对光伏电站有功功率控制的要求分析了光伏电站有功功率的控制原理，基于此研究了有功功率控制系统的两层式控制结构，即上层协调控制层和底层本地控制层，上层协调控制层主要控制光伏电站的功率跟随电网调度以及实现功率分配，而底层控制层则主要完成对光伏阵列输出功率的控制以实现对功率分配值的快速跟踪。 2.对于本地控制层，基于对光伏电池的基本原理的分析，研究了光伏阵列定额输出的实现原理，并基于与最大输出功率控制相结合的考虑，提出了光伏阵列定额功率输出的扰动观测控制法。该方法其实质就是一种向目标值逼近的一种搜索算法，能够有效解决光伏电池的P-V输出特性的非单调性带来的控制困难，并且能够实现和MPPT的无缝切换。 3.对于协调控制层，首先针对电网调度与计划的功率控制模式，研究了光伏电站期望功率的设定算法，然后基于延长光伏逆变器寿命的考虑，结合光伏功率预测以及光伏逆变器的运行状态，提出了一种轮换休眠的功率分配策略。该分配策略以逆变器运行数量最小为分配目标，以电网调度的基本要求、光伏逆变器的功率调节范围以及逆变器的轮换启停作为约束条件。该策略能实现对电网调度的准确分配，并有效减少光伏逆变器的运行时间。 基于以上的研究进行了光伏电站的有功功率控制仿真分析。仿真结果表明，本文研究的控制策略能够很好的实现光伏电站对于电网调度功率的有效跟踪，达到光伏电站有功功率的控制目标。 【关键词】：光伏电站 有功功率控制 定额输出功率控制 有功功率分配
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM761.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 光伏产业国内外发展现状12-14
• 1.3 光伏电站有功功率控制研究现状14-16
• 1.4 本文所做工作及章节安排16-18
• 1.4.1 本文主要研究工作16
• 1.4.2 本文章节安排16-18
• 第二章 光伏电站接入电网特性及有功功率控制原理18-32
• 2.1 光伏并网发电系统的组成及逆变结构18-21
• 2.1.1 光伏并网发电系统的组成18-19
• 2.1.2 并网逆变系统的拓扑结构19-21
• 2.2 光伏电站接入电网特性21-28
• 2.2.1 光伏电站接入对电网影响分析21-23
• 2.2.2 光伏电站有功功率控制要求23-24
• 2.2.3 光伏电站有功功率控制模式研究24-28
• 2.3 光伏电站有功功率控制原理及控制结构28-30
• 2.3.1 光伏电站有功功率控制原理28-29
• 2.3.2 光伏电站有功功率分层控制结构29-30
• 2.4 小结30-32
• 第三章 光伏阵列定额输出功率控制研究32-55
• 3.1 光伏电池的数学模型及特性32-39
• 3.1.1 光伏电池的数学模型32-34
• 3.1.2 光伏电池的 Matlab 建模34-36
• 3.1.3 光伏电池的输出特性36-39
• 3.2 Boost 变换电路的基本原理39-40
• 3.3 光伏阵列定额输出控制算法研究40-48
• 3.3.1 定额功率输出的实现原理40-42
• 3.3.2 PID 控制法42-45
• 3.3.3 扰动观测控制法45-47
• 3.3.4 变步长的扰动观测控制法47-48
• 3.4 仿真及性能分析48-54
• 3.4.1 设定功率改变时的仿真分析48-50
• 3.4.2 光照强度改变时的仿真分析50-52
• 3.4.3 定额功率输出与 MPP 输出切换的仿真分析52-53
• 3.4.4 仿真结果总结53-54
• 3.5 小结54-55
• 第四章 光伏电站有功功率控制策略研究及软件设计55-79
• 4.1 光伏电站有功功率控制策略分析55-58
• 4.2 光伏电站功率设定算法58-59
• 4.3 光伏电站功率分配策略59-66
• 4.3.1 平均分配策略59-60
• 4.3.2 基于最大发电能力的比例分配策略60-61
• 4.3.3 轮换休眠分配策略61-66
• 4.4 仿真及性能分析66-74
• 4.4.1 光伏电站控制模式仿真66-69
• 4.4.2 功率分配算法仿真69-72
• 4.4.3 光伏电站有功功率控制仿真72-74
• 4.5 光伏电站有功功率控制软件设计74-78
• 4.5.1 输入输出设计75
• 4.5.2 模块结构设计75-77
• 4.5.3 控制流程设计77-78
• 4.6 小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 个人简历及攻读硕士期间的主要研究成果85-86

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