光伏并网功率调节系统的研究与设计

【摘要】：太阳能光伏并网发电是目前新能源研究开发的热点之一，并逐步规模化。而电网的谐波及无功补偿问题一直是人们关注的焦点，考虑到光伏并网逆变器与有源电力滤波器（APF, Active Power Filter）主电路及控制方法相似的特点，将二者进行统一控制形成光伏并网功率调节系统（PVPC, Photovoltaic Grid-connectedPower Conditioner）,拓展了光伏并网系统的应用功能，并能节省一定无功补偿设备，具有重要的意义。 本文首先对光伏并网功率调节系统的工作原理、数学模型、向量图等基本理论进行分析，建立了αβ两相静止坐标系下的系统结构图，为后面的电流控制与系统设计做好铺垫。 针对电网畸变情况下，采用现有锁相环（PLL，Phase-locked loop）实现电网同步存在的问题，研究了基于幅值积分正序基波提取的电网同步策略，推导了其控制参数K的定量选取方法。并提出一种基于参考正、余弦的电网同步策略，能在电网畸变、不平衡且突变的情况下准确提取出同步正、余弦信号。在基于瞬时无功理论的ip-iq法的检测控制器中引入了标准选择器，谐波、无功电流能与光伏注入有功指令电流任意组合合成并网指令电流，实现光伏并网系统有功注入电网、无功及谐波补偿的任意组合功能，达到功率调节目的。 确定容量为12.5kVA三相光伏并网功率调节系统的技术指标，对主电路的参数包括前级电路电容、电感、开关管、二极管以及后级滤波电感、并网逆变器、隔离变压器进行设计选型。针对基波和谐波并网条件下，提出一种逆变器输出滤波电感参数计算方法，该方法物理意义和设计目标更明确，计算更为精确。对系统的软件控制方案采用基于MATLAB模型生成DSP代码方法进行了设计，并对准PR控制器二阶传递函数的Z域表达式进行推导，便于生成离散代码。MATLAB模型在离散定步长条件下能正确生成符合CCS编译软件的DSP代码。 最后在MATLAB/Simulink中建立系统模型仿真，仿真结果表明：(1)在本文设计的K参数取值方法下，正序基波提取准确、快速；(2)电压畸变且突变情况下，本文提出的电网同步策略能准确提取电网同步信号；(3)光伏并网功率系统能实现任意组合补偿功能。建立了后级逆变并网系统的功能性验证实验，实验结果表明两种同步策略是可行的，功率调节系统的组合功能是能实现的。 【关键词】：光伏并网 谐波抑制 无功补偿 电网同步 参数设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 光伏发电技术概述9-14
• 1.2.1 光伏发电现状及其发展9-10
• 1.2.2 光伏发电系统的分类10-14
• 1.2.3 光伏发电控制技术14
• 1.3 光伏并网功率调节系统研究现状14-16
• 1.4 论文研究的主要内容16-18
• 2 光伏并网功率调节系统基本理论18-26
• 2.1 光伏并网功率调节系统拓扑结构18
• 2.2 光伏并网功率调节系统基本原理18-25
• 2.2.1 系统工作原理18-21
• 2.2.2 系统并网逆变器数学模型21-24
• 2.2.3 向量图分析24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 光伏并网功率调节系统控制策略研究26-46
• 3.1 电网同步策略27-36
• 3.1.1 基于幅值积分法正序基波提取电网同步策略27-32
• 3.1.2 基于给定参考正弦、余弦电网同步策略32-36
• 3.2 谐波、无功电流检测及并网指令电流合成36-39
• 3.3 系统并网控制策略39-44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 光伏并网功率调节系统的主电路与软件设计46-60
• 4.1 光伏并网功率调节系统设计方案46-48
• 4.1.1 系统主电路方案46
• 4.1.2 系统技术指标46-48
• 4.2 主电路参数设计48-56
• 4.2.1 系统容量及直流电压等级设计48
• 4.2.2 前级电路参数设计48-51
• 4.2.3 后级电路参数设计51-56
• 4.3 系统软件设计56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 5 仿真与实验研究60-86
• 5.1 电网同步策略仿真与实验研究60-67
• 5.1.1 电网同步策略仿真研究60-64
• 5.1.2 电网同步策略实验研究64-67
• 5.2 光伏并网功率调节系统仿真与实验研究67-86
• 5.2.1 系统仿真研究67-77
• 5.2.2 并网系统实验研究77-86
• 6 总结与展望86-88
• 致谢88-90
• 参考文献90-96
• 附录96

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