微电网中光伏发电控制技术的研究

【摘要】： 大量分布式发电接入电力系统将会对大电网的运行产生很大的影响。以微电网结构形式接入电力系统不仅可以解决分布式发电的大规模接入问题,而且可以充分发挥分布式发电的各项优势。由于光伏发电被公认为是众多分布式能源中最理想的可再生能源,因此研究光伏发电在微电网中的控制技术具有十分重要的意义。 传统的光伏发电控制策略已不适用于微电网灵活的运行要求,因此本文着重研究了光伏发电在微电网中的控制策略。根据微电网运行特点,利用下垂特性思想采用了一种新型并网变换器控制策略。在微电网联网模式下,光伏发电前级采取MPPT控制达到最大功率输出,后级逆变器采用基于下垂特性的PQ控制策略使得有功、无功独立可控；在微电网孤岛模式下,光伏发电前级按照负荷需求采取限功率控制输出功率,后级逆变器采用基于下垂特性的V／f控制策略实现负荷功率的合理分配。这种控制策略可以实现光伏发电系统在微电网不同模式下的稳定运行。 通过PSIM软件建立微电网仿真模型,针对微电网从联网到孤岛的过渡过程、从孤岛到联网的过渡过程、微电网孤岛运行模式、以及当光伏电池受到光照强度和温度变化影响时的光伏发电的运行特性进行了仿真分析,仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。搭建了基于DSP的两级式光伏发电系统实验平台,光伏发电系统前级BOOST电路采用扰动观察法和限功率的扰动观察法分别实现了最大功率点跟踪控制和限功率控制,同时对光伏发电系统后级逆变器运行进行了实验研究。 【关键词】：微电网 下垂特性 光伏发电 PQ控制 V/f控制
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 分布式发电系统8-9
• 1.1.1 分布式发电的意义8
• 1.1.2 分布式发电并网的难点8-9
• 1.2 微电网研究现状9-11
• 1.2.1 微电网的概念9-10
• 1.2.2 国内外微电网研究现状10-11
• 1.3 光伏发电的应用11
• 1.4 论文选题的背景和意义11-12
• 1.5 本文所作的主要工作12-14
• 2 微电网中光伏发电系统控制策略14-32
• 2.1 光伏电池的原理及工作特性14-15
• 2.2 传统光伏发电控制策略不适用于微电网运行15-16
• 2.2.1 传统光伏发电逆变器控制策略不适用于微电网运行15-16
• 2.2.2 传统光伏发电输出功率控制策略不适用于微电网运行16
• 2.3 现有的微电网中光伏发电逆变器控制策略16-20
• 2.3.1 根据电源的类型逆变器采用不同的控制策略17-18
• 2.3.2 分布式电源逆变器多环反馈控制策略18-19
• 2.3.3 基于虚拟同步发电机思想的逆变器控制策略19-20
• 2.4 基于下垂特性的微电网光伏发电逆变器控制策略20-27
• 2.4.1 基于下垂特性的V/f控制策略21-23
• 2.4.2 基于下垂特性的PQ控制策略23-24
• 2.4.3 PQ和V/f综合控制策略24-26
• 2.4.4 预同步控制策略26
• 2.4.5 微电网的平滑切换控制策略26-27
• 2.5 微电网中光伏发电系统控制策略27-31
• 2.5.1 联网运行模式光伏发电控制策略28-30
• 2.5.2 孤岛运行模式光伏发电控制策略30
• 2.5.3 直流侧电压的控制策略30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 3 微电网中光伏发电运行特性仿真分析32-45
• 3.1 光伏发电后级逆变器仿真模型32-33
• 3.2 光伏发电系统后级逆变器运行仿真分析33-39
• 3.2.1 微电网从联网到孤岛的过渡过程35-37
• 3.2.2 微电网从孤岛到联网的过渡过程37-38
• 3.2.3 微电网孤岛模式运行特性分析38-39
• 3.3 光伏发电系统运行仿真分析39-44
• 3.3.1 微电网联网模式下光伏发电运行特性40-43
• 3.3.2 微电网孤岛模式下光伏发电运行特性43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 微电网中光伏发电系统的设计45-54
• 4.1 控制系统设计45-46
• 4.2 硬件设计46-47
• 4.2.1 采样滤波及调理电路设计46
• 4.2.2 IGBT隔离、驱动电路的设计46-47
• 4.3 软件设计47-51
• 4.3.1 DC/DC变换器控制部分软件设计47-48
• 4.3.2 DC/AC变换器控制部分软件设计48-49
• 4.3.3 功率计算方法49-51
• 4.4 实验结果及分析51-53
• 4.4.1 前级BOOST电路功率控制算法实验结果分析51-52
• 4.4.2 后级逆变器运行实验结果分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 结论与展望54-55
• 5.1 本文的结论54
• 5.2 展望研究54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表论文情况59

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