光伏并网发电中输出滤波器的研究

【摘要】：人类逐渐重视环境污染和石化资源短问题,由于太阳能光伏发电具有清洁、储备量大等优点被广泛关注。针对光伏发电带来的谐波污染电网的问题,本文研究了光伏并网输出滤波器,将LCL滤波器、LLCL滤波器应用到输出滤波器中,对比分析,减少电网电流的谐波含量和对电网的污染。 针对非线性负载污染电网,采用带LLCL的有源电力滤波器,结合直流电压反馈和负载基波电流前馈的复合控制算法,实现了补偿无功电流、谐波电流的目的,然后M atlab/S imulink对本文设计的控制算法进行建模仿真,最终实现了最大功率跟踪和并网控制。 首先,建立带L、LC、LCL逆变器的数学模型,为控制系统做了理论基础。分析了LCL滤波器参数的限制条件,主要从其性能指标分析,包括逆变器侧电感纹波抑制能力、滤波电容和网侧电感抑制高频谐波的能力、逆变器电感和网侧电感比例关系对滤波性能的影响、电网电感对滤波器的影响。并给出了设计参数的标准,最后确定参数。 其次,研究了LCL滤波器的性能指标对滤波器的影响,设计带有LCL滤波器的光伏并网逆变器的控制方法,采用电压外环电流内环双闭环控制算法,详细介绍了锁相环的功能,并与相同电感量的单电感L滤波器对比,电网电流谐波含量大大减少。同时本章提出了一种新型拓扑即LLCL滤波器,应用在光伏并网逆变器中,采用的电感更小,开关频率处谐波更小,然后仿真验证了理论的正确性。 最后,在光伏发电系统中在光照不足或温度不适宜的情况下,不能向电网输出有功,为了提高光伏系统的利用率,要求其具有补偿电流的功能,补偿非线性负载引入电网的无功电流、谐波电流。首先研究了pq法和ip-iq。法检测无功电流、谐波电流,并采用Pq法进行仿真,采用基于pq理论直流电压反馈和负载基波电流前馈的复合控制算法。通过对带有LLCL有源电力滤波器的光伏并网系统和传统单L有源电力滤波器光伏并网系统仿真对比,得到带有LLCL有源电力滤波器的控制效果更好,并且当电网电压畸变时,LLCL-APF补偿电流效果良好。 【关键词】：光伏并网逆变器 LCL滤波器 LLCL滤波器 有源电力滤波器
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM464;TN713
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 光伏发电的背景及意义11-12
• 1.2 课题研究意义12-13
• 1.3 光伏输出滤波器研究现状13-14
• 1.3.1 LCL滤波器和LLCL滤波器研究现状13-14
• 1.3.2 有源电力滤波器研究现状14
• 1.4 本文主要做的工作14-16
• 第2章 带输出滤波器的三相光伏逆变器数学模型16-28
• 2.1 谐波的危害及抑制标准16-17
• 2.2 基于L滤波器的光伏逆变器数学模型17-22
• 2.3 基于LC滤波器的光伏逆变器数学模型22-23
• 2.4 基于LCL滤波器的光伏逆变器数学模型23-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 光伏并网输出滤波器LCL的研究分析28-45
• 3.1 LCL滤波器性能指标28-33
• 3.1.1 逆变器侧电感纹波电流抑制28-29
• 3.1.2 电网侧电感和滤波电容高频抑制29-30
• 3.1.3 系统双端电感比例的影响30-31
• 3.1.4 谐振频率对滤波电容支路阻尼的影响31-32
• 3.1.5 电网电感的影响32-33
• 3.2 输出滤波器LCL的设计33-35
• 3.2.1 LCL型滤波器的原理33-34
• 3.2.2 LCL滤波器参数的设置34-35
• 3.3 LCL滤波器的限制条件35-44
• 3.3.1 总电感的限制条件35-36
• 3.3.2 谐振频率的限制条件36-37
• 3.3.3 变换器侧电感的设计标准37-39
• 3.3.4 电网侧参数的设计标准39-41
• 3.3.5 阻尼电阻参数的设计41-43
• 3.3.6 滤波器参数的确定43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 带滤波器的光伏并网逆变器控制方法的研究45-65
• 4.1 带LCL滤波器光伏并网逆变器控制方法45-55
• 4.1.1 电流内环控制器的分析及电压前馈控制46-48
• 4.1.2 电流内环PI控制器的设计48-49
• 4.1.3 电流内环阶跃响应分析49-50
• 4.1.4 锁相环技术的研究50-52
• 4.1.5 电压外环控制器的设计52-54
• 4.1.6 同步旋转坐标系解耦控制54-55
• 4.2 带LCL滤波器光伏并网逆变器的仿真55-59
• 4.2.1 光伏逆变器仿真分析55-56
• 4.2.2 仿真波形分析56-58
• 4.2.3 单电感与LCL滤波器性能分析58-59
• 4.3 一种新型光伏发电输出滤波器LLCL的研究59-64
• 4.3.1 LLCL滤波器的介绍59-61
• 4.3.2 LLCL滤波器的参数的确定61-62
• 4.3.3 LCL滤波器与LLCL滤波器的仿真对比62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 光伏中带LLCL有源电力滤波器的研究65-80
• 5.1 基于瞬时无功功率下无功和谐波检测的研究65-67
• 5.1.1 基于实功率和虚功率算法的检测65-66
• 5.1.2 基于有功电流和无功电流算法的检测66-67
• 5.2 三相无功和谐波检测仿真分析67-68
• 5.2.1 谐波检测仿真67-68
• 5.2.2 无功和谐波电流检测68
• 5.3 带有LLCL有源电力滤波器的研究68-79
• 5.3.1 APF结构68-70
• 5.3.2 APF控制算法研究70-73
• 5.3.3 基于复合控制算法仿真研究73-79
• 5.4 本章小结79-80
• 结论80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 硕士学位期间表的论文86

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