光伏变流器低电压穿越技术研究

【摘要】：随着光伏电站装机容量的日益扩大和并网规范要求的不断提高,促使目前光伏并网发电技术的主要研究方向正从正常电网条件下光伏变流器的稳态运行转向电网故障条件下的低电压穿越运行。本论文主要针对光伏变流器在电网电压对称、不对称故障条件下的低电压穿越运行与控制和电网电压畸变条件下的控制进行了理论分析、仿真及实验研究,主要工作和研究成果如下。 分析了电网电压对称跌落对光伏变流器交流侧电流和直流侧电压的影响,在此基础上提出了一种新型低电压穿越的控制策略。该策略通过电网电压前馈控制环节对有功电流和无功电流的参考值重新分配来抑制变流器输出电流冲击,并使变流器运行在静止无功补偿(STATCOM)模式,向电网提供无功支持。利用仿真验证了其有效性。 采用对称分量法建立了电网电压不对称故障条件下变流器模型,分析了并网电抗器上功率波动对直流母线电压的影响,针对光伏变流器在电网电压不对称故障条件下产生的交流侧负序电流和直流母线电压波动的问题,分别采用了抑制交流侧负序电流的控制策略和抑制直流母线电压二倍频波动的控制策略。计及变流器输出电流的限制,根据电网电压跌落深度同步降低网侧有功功率平均值,实现电网电压不对称故障条件下光伏变流器的低电压穿越运行。仿真和实验验证了所提方案的可行性。 建立了电网电压畸变条件下变流器模型,分析了电网电压畸变对变流器运行影响以及并网电抗器上功率波动对直流母线电压的影响,采用了抑制交流侧谐波电流和抑制直流母线电压波动两种控制策略。对锁相环进行改进,采用比例积分-谐振(PI-R)控制器进行控制系统的设计,仿真结果验证了控制方法的有效性。 【关键词】：光伏发电 并网变流器 电网对称故障 电网不对称故障 低电压穿越 电网电压畸变
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 光伏发电的意义及发展趋势12-13
• 1.2 光伏并网发电系统常见拓扑形式13-14
• 1.3 低电压穿越的相关问题及研究现状14-16
• 1.3.1 低电压穿越的概念和必要性14-15
• 1.3.2 国内外研究现状15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-20
• 2 光伏并网发电系统数学模型及控制策略研究20-28
• 2.1 光伏阵列数学模型20-21
• 2.2 变流器数学模型及控制策略21-25
• 2.2.1 变流器数学模型21-23
• 2.2.2 基于电网电压定向的矢量控制策略23-25
• 2.3 系统仿真研究25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 电网电压对称故障情况下变流器低电压穿越技术研究28-40
• 3.1 电网电压跌落和低电压穿越标准28-31
• 3.1.1 电网电压跌落种类和特点28-29
• 3.1.2 电压跌落的常用检测方法29-30
• 3.1.3 低电压穿越标准30-31
• 3.2 对称跌落条件下变流器运行分析31-35
• 3.2.1 对称跌落对变流器的影响31-33
• 3.2.2 双闭环控制方法下变流器的运行特性33-35
• 3.3 低电压穿越控制策略35-37
• 3.4 对称跌落运行仿真37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 4 电网电压不对称故障情况下变流器低电压穿越技术研究40-78
• 4.1 不对称跌落条件下变流器运行分析40-50
• 4.1.1 对称分量法40-42
• 4.1.2 系统功率特性分析42-45
• 4.1.3 不对称跌落对变流器的影响45-49
• 4.1.4 双闭环控制方法下变流器的运行特性49-50
• 4.2 低电压穿越控制策略50-69
• 4.2.1 不对称跌落条件下控制问题研究现状50-52
• 4.2.2 电量的正负序分离52-55
• 4.2.3 直流侧电压波动抑制55-66
• 4.2.4 交流侧负序电流抑制66-69
• 4.3 不对称跌落运行仿真69-74
• 4.3.1 直流侧电压波动抑制69-73
• 4.3.2 交流侧负序电流抑制73-74
• 4.4 实验验证74-76
• 4.4.1 实验模型构建74-75
• 4.4.2 实验结果以及分析75-76
• 4.5 本章小结76-78
• 5 电网电压畸变条件下变流器控制技术研究78-100
• 5.1 电压畸变条件下变流器运行分析78-84
• 5.1.1 谐波的产生及危害78-79
• 5.1.2 系统功率特性分析79-83
• 5.1.3 双闭环控制方法下变流器的运行特性83-84
• 5.2 变流器控制策略84-95
• 5.2.1 交流侧谐波电流抑制84-85
• 5.2.2 直流侧电压波动抑制85-91
• 5.2.3 锁相环及相序分解91-92
• 5.2.4 电流控制器的设计92-94
• 5.2.5 控制系统的设计94-95
• 5.3 电压畸变运行仿真95-98
• 5.3.1 交流侧谐波电流抑制95-96
• 5.3.2 直流侧电压波动抑制96-98
• 5.4 本章小结98-100
• 6 结论与展望100-102
• 6.1 论文工作总结100-101
• 6.2 后续研究工作的展望101-102
• 参考文献102-108
• 作者简历108-112
• 学位论文数据集112

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