分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研究

【摘要】：當今世界,隨著人口數(shù)量的快速增加和人類社會持續(xù)、高速的發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為當今社會面臨的重要問題。大力發(fā)展新能源,改善能源結(jié)構(gòu)、緩解環(huán)境污染,已經(jīng)成為世界各國的共識。其中,太陽能光伏發(fā)電以其可靠性、清潔性及取之不盡、用之不竭的特點,正在發(fā)展成為可再生能源甚至世界能源組成中的重要部分。分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電是光伏發(fā)電的一種主要形式,其成本低、使用靈活、容易推廣,擁有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼宋舜罅靠蒲腥藛T進行分布式光伏并網(wǎng)技術(shù)研究,并取得了大量的研究成果。但隨著分布式能源的快速發(fā)展,一些新的現(xiàn)象和問題逐漸出現(xiàn),對分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)提出了新的要求。本文以單相分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,分別對系統(tǒng)能量管理、并網(wǎng)電能質(zhì)量控制、并網(wǎng)安全三個方面展開研究,重點研究光伏最大功率跟蹤(MPPT)技術(shù)、并網(wǎng)電流控制技術(shù)和孤島檢測技術(shù)。本文的主要研究內(nèi)容如下:1)分析介紹光伏電池輸出特性、等效模型和傳統(tǒng)MPPT算法,特別是光伏電池陣列存在局部陰影或非均勻光照情況時的特性。揭示了在局部陰影條件下光伏電池串聯(lián)陣列輸出特性和串聯(lián)組件電壓的關(guān)系,并利用這一特殊關(guān)系提出了一種適用于局部陰影情況下的快速MPPT算法。該算法具有自動判斷是否存在局部陰影情況、預測功率曲線極值點位置、快速跟蹤全局最大功率點的優(yōu)勢。最后通過仿真和實驗驗證了該算法能夠有效的跟蹤全局最大功率點,并且較現(xiàn)有的掃描算法在跟蹤速度和能量利用率上都具有明顯優(yōu)勢。2)建立了單相逆變系統(tǒng)數(shù)學模型,分析光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理和控制方法。首先引入了電網(wǎng)電壓前饋環(huán)節(jié),消除電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的擾動影響。同時考慮現(xiàn)實中電網(wǎng)阻抗不可忽略且容易變化的現(xiàn)象,提出了一種改進的重復控制并網(wǎng)電流控制策略。該策略將期望電流前饋控制和FIR數(shù)字濾波器引入傳統(tǒng)重復控制,在保證并網(wǎng)電能質(zhì)量的同時,有效提升重復控制的動態(tài)性,并削弱重復控制參數(shù)設(shè)計對系統(tǒng)精確建模的依賴,提高了算法的實用性。相關(guān)仿真和實驗顯示本算法能在期望電流突變后快速響應(yīng),同時系統(tǒng)并網(wǎng)電流總諧波畸變小于5%,功率因數(shù)大于0.950,滿足國際國內(nèi)相關(guān)標準對并網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。3)闡述了孤島效應(yīng)產(chǎn)生的原因和危害,并對目前常用的孤島檢測方法進行了介紹。首次對基于主動頻率擾動和電流正反饋擾動檢測方法的多逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)進行了分析仿真,闡述了稀釋效應(yīng)導致孤島檢測失效的機理。在此基礎(chǔ)上提出一種基于參數(shù)自適應(yīng)的主動頻率擾動改進方法。該方法能夠最大限度抑制多孤島檢測算法間的稀釋效應(yīng),減小孤島檢測盲區(qū),加快孤島檢測速度。仿真實驗驗證了本方法能夠在傳統(tǒng)孤島檢測技術(shù)失效的情況下,快速檢測出孤島現(xiàn)象的存在。 【關(guān)鍵詞】：最大功率跟蹤 PI控制 重復控制 并網(wǎng)電流控制 孤島效應(yīng) FIR濾波器
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電研究的背景和意義16-20
• 1.1.1 國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.1.2 我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀18
• 1.1.3 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述18-20
• 1.2 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀20-28
• 1.2.1 光伏電池最大功率點跟蹤算法的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.2.2 并網(wǎng)電能質(zhì)量控制策略的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.2.3 孤島檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀24-28
• 1.3 本文的主要貢獻與創(chuàng)新28-29
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排29-30
• 第二章 光伏電池陣列最大功率跟蹤技術(shù)研究30-52
• 2.1 太陽能光伏電池的特性分析30-34
• 2.1.1 光伏電池的輸出特性30-33
• 2.1.2 光伏電池陣列的等效模型33-34
• 2.2 均勻光照下的最大功率跟蹤算法34-37
• 2.3 改進的局部陰影情況下MPPT算法研究37-47
• 2.3.1 局部陰影情況下電池陣列特性分析38-43
• 2.3.2 一種改進的全局MPPT算法43-47
• 2.4 仿真和實驗47-51
• 2.4.1 仿真驗證47-49
• 2.4.2 實驗驗證49-51
• 2.5 本章小結(jié)51-52
• 第三章 光伏并網(wǎng)電流控制策略研究52-80
• 3.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)工作原理52-55
• 3.2 并網(wǎng)電流控制系統(tǒng)建模和基本控制原理55-59
• 3.2.1 電網(wǎng)電壓前饋控制57-58
• 3.2.2 基于傳統(tǒng)PI控制的并網(wǎng)電流控制策略58-59
• 3.3 重復控制理論基礎(chǔ)與性能分析59-65
• 3.3.1 重復控制器的理論基礎(chǔ)60-61
• 3.3.2 重復控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本設(shè)計方法61-63
• 3.3.3 基于完美對消的重復控制設(shè)計63-65
• 3.4 一種改進的并網(wǎng)電流重復控制方法65-73
• 3.4.1 提升重復控制動態(tài)性65-66
• 3.4.2 改進補償器S(z)的設(shè)計66-70
• 3.4.3 基于改進重復控制算法實例70-73
• 3.5 仿真和實驗73-79
• 3.5.1 仿真實驗73-76
• 3.5.2 系統(tǒng)真實環(huán)境實驗76-79
• 3.6 本章小結(jié)79-80
• 第四章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測技術(shù)研究80-117
• 4.1 孤島效應(yīng)發(fā)生機理80-83
• 4.2 孤島效應(yīng)檢測方法83-97
• 4.2.1 被動式孤島檢測技術(shù)86-88
• 4.2.2 主動式孤島檢測技術(shù)88-97
• 4.3 多并網(wǎng)系統(tǒng)下孤島檢測技術(shù)的分析和仿真97-107
• 4.3.1 基于SFS的稀釋效應(yīng)分析97-99
• 4.3.2 基于CDPF的稀釋效應(yīng)分析99
• 4.3.3 CDPF和SFS孤島檢測方法并聯(lián)影響分析99-101
• 4.3.4 仿真實驗101-107
• 4.4 一種適用于多并網(wǎng)系統(tǒng)的孤島效應(yīng)檢測方法研究107-116
• 4.4.1 一種適用于多并網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)自適應(yīng)SFS方法107-108
• 4.4.2 參數(shù)自適應(yīng)SFS方法NDZ分析108-109
• 4.4.3 參數(shù)自適應(yīng)SFS在多逆變器并網(wǎng)孤島檢測中的應(yīng)用109-111
• 4.4.4 仿真實驗111-116
• 4.5 本章小結(jié)116-117
• 第五章 全文總結(jié)與展望117-119
• 5.1 全文總結(jié)117-118
• 5.2 展望118-119
• 致謝119-120
• 參考文獻120-128
• 攻讀博士學位期間取得的成果128-130

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