基于微電網(wǎng)運(yùn)行的光伏逆變電源若干關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：傳統(tǒng)能源日漸枯竭,可再生能源發(fā)電(如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電)是獲取電能的一個(gè)重要途徑,它們分布并聯(lián)在傳統(tǒng)的電力線(xiàn)上,向用戶(hù)提供能量。但是,隨著數(shù)量眾多的分布式電源接入現(xiàn)有配電網(wǎng),傳統(tǒng)輻射狀的無(wú)源配電網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生根本性的變化,這些變化將給電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅,目前這種分布式發(fā)電仍無(wú)法被電力部門(mén)所接受。微電網(wǎng)是由負(fù)荷和分布式電源組成的智能小電網(wǎng)系統(tǒng),它不改變現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)網(wǎng)內(nèi)的分布式發(fā)電電源和負(fù)載的管理消除分布式電源對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)的影響,更好地發(fā)揮分布式電源的應(yīng)用潛能。本文提出了一種基于分布式電源的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對(duì)用于微電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電電源的若干關(guān)鍵技術(shù),如分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行控制策略、孤島檢測(cè)以及逆變電源在微電網(wǎng)中的運(yùn)行控制等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,論文的主要工作如下: 設(shè)計(jì)了一種基于分布式光伏電源的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)置了中心控制器、負(fù)載控制器,將分布式電源、負(fù)載以及負(fù)載控制器劃分成一個(gè)小區(qū)域,通過(guò)可控開(kāi)關(guān)連接在微電網(wǎng)交流母線(xiàn)上。研究了基于分布式電源的微電網(wǎng)運(yùn)行控制策略,設(shè)計(jì)了具有良好實(shí)時(shí)性的CAN總線(xiàn)微電網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)。根據(jù)分布式電源接入微電網(wǎng)不同位置時(shí)對(duì)微電網(wǎng)電壓的影響特點(diǎn),提出了分布式電源在微電網(wǎng)中接入位置的建議。 在傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變電源的基礎(chǔ)上,研究了一種接受微電網(wǎng)中心控制器控制的并網(wǎng)逆變電源,提出了逆變電源并網(wǎng)運(yùn)行的功率控制方法,它與傳統(tǒng)電源一樣在并網(wǎng)期間以電流注入的方式向負(fù)載供電運(yùn)行,但其輸出功率接受微電網(wǎng)中心控制器的控制,當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載需求功率較大時(shí),光伏電源實(shí)時(shí)地進(jìn)行最大功率跟蹤,輸出最大功率;當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載功率需求小于設(shè)定閾值時(shí),光伏電源接受中心控制器指令輸出指定的功率,避免逆潮流現(xiàn)象出現(xiàn)。設(shè)計(jì)了逆變電源的軟硬件電路,利用DSP內(nèi)嵌CAN模塊建立了分布式電源之間的通信聯(lián)系,并根據(jù)微電網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)提出了微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信的CAN總線(xiàn)應(yīng)用層規(guī)約。 提出了兩種主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法,并結(jié)合被動(dòng)式過(guò)/欠電壓、過(guò)/欠頻率孤島檢測(cè)方法,建立了一種綜合的孤島檢測(cè)方法,縮小了逆變電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)孤島檢測(cè)的檢測(cè)盲區(qū)。調(diào)制波微小畸變的主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法是將PWM正弦調(diào)制波前后半周期產(chǎn)生一個(gè)微小的不對(duì)稱(chēng),使并網(wǎng)逆變器輸出電流也產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng),從而引起逆變器輸出功率在連續(xù)兩個(gè)半周期內(nèi)產(chǎn)生規(guī)律性變化,在孤島出現(xiàn)時(shí)導(dǎo)致PCC點(diǎn)頻率發(fā)生變化,以此作為孤島的判定依據(jù)。該方法用軟件實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)調(diào)制波,調(diào)制波的畸變程度易于控制,避免了調(diào)制波畸變過(guò)大而導(dǎo)致逆變電源輸出電流諧波大的問(wèn)題?；诜讲钆袛嗟闹鲃?dòng)式孤島檢測(cè)方法在逆變器調(diào)制波中調(diào)制入二進(jìn)制偽隨機(jī)信號(hào),并網(wǎng)時(shí)PCC點(diǎn)電壓受電網(wǎng)電壓鉗制,其方差值很小;而在孤島時(shí)PCC電壓的方差值有明顯的變化,根據(jù)方差的大小判斷是否為孤島狀態(tài)。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩種主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法的正確性和有效性。 研究了并聯(lián)逆變電源在孤島狀態(tài)下運(yùn)行的控制策略,根據(jù)傳統(tǒng)的基于下垂控制的無(wú)互聯(lián)線(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行控制方法,通過(guò)調(diào)整逆變電源輸出電壓的頻率和幅值來(lái)控制輸出有功和無(wú)功功率。研究了一種實(shí)時(shí)測(cè)量單相瞬時(shí)功率的方法,通過(guò)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),以單相逆變電源輸出電壓/電流信號(hào)作為該閉環(huán)系統(tǒng)的輸入信號(hào),經(jīng)控制系統(tǒng)構(gòu)造后得到虛擬的兩相正交的電壓/電流信號(hào),再處理這些信號(hào)即可得到逆變電源的輸出瞬時(shí)功率,這些實(shí)時(shí)測(cè)得的瞬時(shí)功率保證了下垂控制的準(zhǔn)確性和有效性。 最后,以?xún)膳_(tái)分布式逆變電源,按照本文提出的微電網(wǎng)組建思路,搭建了一個(gè)簡(jiǎn)易的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證了分布式逆變電源在微電網(wǎng)運(yùn)行的可行性。 【關(guān)鍵詞】：微電網(wǎng) 光伏逆變電源 功率控制 孤島檢測(cè) 下垂控制
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-31
• 1.1 光伏發(fā)電概況及微電網(wǎng)由來(lái)14-17
• 1.1.1 光伏發(fā)電概況14
• 1.1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展瓶頸14-16
• 1.1.3 基于分布式新能源發(fā)電的微電網(wǎng)系統(tǒng)16-17
• 1.2 基于微電網(wǎng)運(yùn)行的分布式光伏電源研究現(xiàn)狀17-28
• 1.2.1 基于微電網(wǎng)運(yùn)行的分布式電源要求17-18
• 1.2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電電源的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.3 分布式電源并聯(lián)運(yùn)行的研究現(xiàn)狀22-25
• 1.2.4 并網(wǎng)電源孤島檢測(cè)的研究現(xiàn)狀25-28
• 1.3 本文選題的意義和主要研究?jī)?nèi)容28-31
• 1.3.1 本文選題的意義28
• 1.3.2 本文主要研究?jī)?nèi)容28-31
• 第二章 一種無(wú)逆潮流的微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)31-46
• 2.1 基于分布式光伏發(fā)電的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-35
• 2.1.1 微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)31-33
• 2.1.2 微電網(wǎng)的主要組成及其功能要求33-35
• 2.2 微電網(wǎng)的運(yùn)行控制策略35-38
• 2.2.1 分布式逆變電源的兩種運(yùn)行方式35-36
• 2.2.2 微電網(wǎng)運(yùn)行綜合控制36-37
• 2.2.3 微電網(wǎng)內(nèi)部區(qū)域故障的運(yùn)行控制37-38
• 2.3 分布式電源在微電網(wǎng)內(nèi)接入位置分析38-42
• 2.3.1 微電網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)電壓與分布式電源輸出的數(shù)學(xué)模型39-40
• 2.3.2 分布式電源接入不同位置對(duì)微電網(wǎng)電壓的影響40-42
• 2.4 微電網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)42-44
• 2.4.1 CAN 總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)模型42-44
• 2.4.2 基于CAN 總線(xiàn)的微電網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第三章 功率可控的光伏并網(wǎng)逆變電源設(shè)計(jì)46-69
• 3.1 光伏逆變電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)46-50
• 3.1.1 光伏逆變電源主電路拓?fù)?/span>46-48
• 3.1.2 LCL 工頻濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)48-50
• 3.2 逆變電源并網(wǎng)控制策略50-56
• 3.2.1 逆變電源系統(tǒng)控制框圖50-51
• 3.2.2 逆變電源輸出功率控制方法51-53
• 3.2.3 逆變電源并網(wǎng)控制方法53-54
• 3.2.4 逆變電源并網(wǎng)運(yùn)行仿真54-56
• 3.3 CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)建立與通訊規(guī)約56-61
• 3.3.1 基于DSP 內(nèi)嵌CAN 模塊的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)建立56-58
• 3.3.2 CAN 總線(xiàn)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議規(guī)約58-61
• 3.4 并網(wǎng)逆變電源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)61-68
• 3.4.1 光伏逆變電源整體結(jié)構(gòu)61-62
• 3.4.2 并網(wǎng)逆變電源硬件設(shè)計(jì)62-64
• 3.4.3 并網(wǎng)逆變電源軟件設(shè)計(jì)64-66
• 3.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果66-68
• 3.5 本章小結(jié)68-69
• 第四章 并網(wǎng)逆變電源孤島檢測(cè)技術(shù)研究69-89
• 4.1 孤島效應(yīng)69-71
• 4.2 調(diào)制波微小畸變的主動(dòng)式孤島檢測(cè)技術(shù)71-76
• 4.2.1 調(diào)制波微小畸變的孤島檢測(cè)原理71-73
• 4.2.2 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果73-76
• 4.3 基于方差判斷的主動(dòng)式孤島檢測(cè)76-83
• 4.3.1 隨機(jī)特性在孤島檢測(cè)中的應(yīng)用分析76-78
• 4.3.2 基于方差判斷的主動(dòng)式孤島檢測(cè)原理78-80
• 4.3.3 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果80-83
• 4.4 基于數(shù)據(jù)融合技術(shù)的綜合式孤島檢測(cè)法83-87
• 4.5 本章小結(jié)87-89
• 第五章 基于下垂控制的電壓源逆變器研究89-106
• 5.1 無(wú)互聯(lián)線(xiàn)并聯(lián)逆變器下垂控制原理90-93
• 5.1.1 功率/電壓下垂特性90-91
• 5.1.2 VSI 電源并聯(lián)運(yùn)行環(huán)流分析91-93
• 5.2 基于下垂控制的VSI 電源控制策略93-102
• 5.2.1 VSI 電源主電路拓?fù)?/span>93-95
• 5.2.2 VSI 電壓電流雙閉環(huán)控制策略95-98
• 5.2.3 電源輸出功率實(shí)時(shí)檢測(cè)方法98-101
• 5.2.4 基于下垂控制的正弦參考電壓信號(hào)101-102
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果102-105
• 5.4 本章小結(jié)105-106
• 第六章 基于微電網(wǎng)運(yùn)行的分布式電源仿真與實(shí)驗(yàn)106-121
• 6.1 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行106-109
• 6.1.1 微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)106
• 6.1.2 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行控制策略及實(shí)驗(yàn)結(jié)果106-109
• 6.2 孤島狀態(tài)下微電網(wǎng)運(yùn)行控制109-116
• 6.2.1 內(nèi)含單一發(fā)電電源微電網(wǎng)運(yùn)行控制109-112
• 6.2.2 含多電源的微電網(wǎng)運(yùn)行控制112-116
• 6.3 微電網(wǎng)重新并網(wǎng)控制116-120
• 6.3.1 微電網(wǎng)重新并網(wǎng)電壓跟蹤控制策略117-118
• 6.3.2 微電網(wǎng)重新并網(wǎng)仿真驗(yàn)證118-120
• 6.4 小結(jié)120-121
• 第七章 結(jié)論與展望121-124
• 7.1 本文工作總結(jié)121-122
• 7.2 今后工作的展望122-124
• 參考文獻(xiàn)124-138
• 攻讀博士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文138-140
• 致謝140-141

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逆變電源控制方案的研究與實(shí)現(xiàn)    李志江

新型同步發(fā)電機(jī)PWM勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的研究    郭寶玥

SPWM逆變器帶極點(diǎn)配置的重復(fù)控制研究    田斌

三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其控制算法研究    王健

新型PWM方法的研究    王克奇,曹軍

逆變電源起動(dòng)過(guò)程的研究與改進(jìn)方案    蔣志堅(jiān)，王錫仲，齊維貴

采用重復(fù)控制器的逆變電源數(shù)字控制方案    陳宏,胡育文

SPWM逆變電源的無(wú)互聯(lián)信號(hào)線(xiàn)并聯(lián)控制技術(shù)    姜桂賓,裴云慶,楊旭,王兆安

一種基于電壓瞬時(shí)值反饋的數(shù)字化逆變電源的研究    楊振,周京華,蘇彥民

SCALE集成驅(qū)動(dòng)器在臭氧發(fā)生器逆變電源中的應(yīng)用    張同飛,朱天宇,卞新高,趙達(dá)

多功能弧焊/切割逆變電源的研制    龍偉,楊春

基于DSP+CPLD移相控制逆變電源的研究    陸天華;沈錦飛;朱火燕;

陽(yáng)光電源逆變電源榮獲全國(guó)“用戶(hù)滿(mǎn)意產(chǎn)品”稱(chēng)號(hào)    

逆變電源控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析    楊復(fù)興;王連圭;

面向智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分析    周逢權(quán);李瑞生;陳輝;宋曉煒;

物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用    王家華;張艷杰;

光伏系統(tǒng)用中小功率逆變電源的現(xiàn)狀與展望    楊宏;王鶴;

大功率光伏逆變電源系統(tǒng)的研究    鄭詩(shī)程;蘇建徽;余世杰;沈玉梁;

三相四臂對(duì)逆變電源控制方法的研究    孫進(jìn);蘇彥民;白小青;

大功率高可靠性逆變電源的研究    李小奇;

單級(jí)式DC/AC逆變電源拓?fù)溲芯?nbsp;   龔春英;李偉;嚴(yán)仰光;

單相逆變電源裝置并聯(lián)的研究    程榮倉(cāng);劉正之;許家治;

用于回饋電網(wǎng)能源的逆變技術(shù)研究    李紹銘;周謙之;

100kVA逆變工作站電源研制的體會(huì)    馮沛;郜長(zhǎng)安;王鉞;

積成電子重點(diǎn)項(xiàng)目率先通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)驗(yàn)收    

衢州電力局QC成果年創(chuàng)效益26.9萬(wàn)元    邱略能 侯寶宇

公司首次集訓(xùn)國(guó)家電網(wǎng)巴西員工    馮靖　蘇健鷹

細(xì)解寧波電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控“三法寶”    張弦　楊錦晶

調(diào)控一體化 運(yùn)行更高效    本報(bào)記者 董愛(ài)軍

鏖戰(zhàn)15個(gè)晝夜 只為保一方光明    鄧秋萍

阿壩電網(wǎng)運(yùn)行正常    彭秋杰

全面宣傳 深入貫徹 適應(yīng)安全生產(chǎn)新要求    

8項(xiàng)重點(diǎn) 創(chuàng)一流電網(wǎng)運(yùn)行公司    陳京良

打造運(yùn)行高效、反應(yīng)快速的調(diào)控體系    鄧超　靳衛(wèi)紅

基于微電網(wǎng)運(yùn)行的光伏逆變電源若干關(guān)鍵技術(shù)研究    陳衛(wèi)民

分布式供電系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池均衡管理及逆變控制技術(shù)研究    徐順剛

風(fēng)電規(guī)律預(yù)測(cè)及對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響的研究    李智

計(jì)及電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備狀態(tài)檢修理論研究    李明

基于電力電子集成概念的三相逆變電源系統(tǒng)研究    張衛(wèi)豐

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和脆弱性研究    王凱

數(shù)字化UPS/EPS系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究    易龍強(qiáng)

點(diǎn)焊逆變電源軟開(kāi)關(guān)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制研究    張勇

大容量400Hz中頻逆變器拓?fù)浜蛿?shù)字控制技術(shù)研究    劉春喜

有功、無(wú)功預(yù)測(cè)及優(yōu)化理論研究    潘志遠(yuǎn)

CO_2焊逆變電源的自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)研究    張可平

大容量400Hz中頻航空地面電源的研究    溫志開(kāi)

單向電壓型高頻鏈逆變電源    劉祥

一種移相式PWM軟開(kāi)關(guān)高壓逆變電源的研究    于生勃

基于碳化硅肖特基二極管的光伏逆變電源的設(shè)計(jì)    洪樸

高效臭氧發(fā)生器逆變電源的研制    徐兵常

高性能逆變電源的研究    金鑫

基于MOSFET高頻大功率逆變電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究    劉鋒

基于重復(fù)控制技術(shù)的數(shù)字式逆變電源的研究    游志青

逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的研究    延燁華