三相三電平光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中若干關鍵技術的研究

【摘要】：20世紀以來,隨著經(jīng)濟全球化步伐的不斷加速,工業(yè)和經(jīng)濟迅猛發(fā)展,能源的需求急劇增加’。而石化能源的日益匱乏和環(huán)境的不斷污染已經(jīng)成為制約人類社會發(fā)展的兩大重要因素,因此世界各國均把大力發(fā)展新能源作為重要的能源戰(zhàn)略決策。其中太陽能以其無噪聲、無污染、可持續(xù)利用等一系列優(yōu)點,成為目前最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色能源之一。光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能利用的主要形式之一,深入地研究光伏并網(wǎng)發(fā)電技術,對于解決能源危機,減少環(huán)境污染,促進經(jīng)濟健康發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。本文基于二極管箝位式的三電平光伏并網(wǎng)逆變平臺,對并網(wǎng)逆變器中的一些關鍵技術進行了深入的研究。 針對光伏陣列最大功率點追蹤的問題,分析了現(xiàn)有的各種最大功率點追蹤方法,比較了各自的優(yōu)缺點,指出擾動觀察法是性價比較高的一種方法。針對擾動觀察法在光照快速變化情況下的誤判問題,在dP-PO (dP-Perturbation and Observation\功率差值-擾動觀察法)方法基礎上,引入光照變化加速度的概念,對光照變化過程進行了更精確的建模,進一步減少最大功率跟蹤過程中的誤判現(xiàn)象。同時,利用功率守恒原理,對光伏陣列輸出和逆變器輸出功率之間的關系進行了分析,得出通過比較擾動前后并網(wǎng)電流的變化來實現(xiàn)最大功率點追蹤的方法。這種方法不需要對光伏陣列的輸出電壓和電流進行檢測,降低了系統(tǒng)的成本。仿真和實驗結果表明,上述方法是可行的,并且系統(tǒng)在動態(tài)調節(jié)過程中能夠保持穩(wěn)定。 針對逆變器并網(wǎng)前電網(wǎng)同步電壓相序和缺相的檢測問題,對目前常用的檢測方法進行了歸類分析,比較了各自的優(yōu)缺點,并指出最適合并網(wǎng)逆變器的檢測方法應該是：不需要搭建額外的硬件電路,只需利用控制時必須采集的數(shù)據(jù),在數(shù)字控制芯片內(nèi)部通過簡單的算法就能實現(xiàn)相序檢測,并且對三相電網(wǎng)電壓畸變的情況不敏感。接著,在三相并網(wǎng)逆變器鎖相環(huán)dq-PLL的基礎上,提出了一種通過檢測電網(wǎng)電壓角頻率來判斷三相電網(wǎng)相序的方法。這種方法只需要使用并網(wǎng)逆變器正常工作時需要檢測的三相電網(wǎng)電壓,無需增加額外的硬件。仿真結果表明,這種相序檢測方法是可行的,并且在電網(wǎng)存在直流分量、諧波、不平衡等畸變的情況下仍能正常工作。 針對逆變器并網(wǎng)工作后的孤島檢測問題,對現(xiàn)有的孤島檢測方法進行了深入的分析和比較,指出孤島檢測技術的發(fā)展方向是：電網(wǎng)正常時,對輸出電能質量的影響要小；電網(wǎng)斷電時,能夠迅速檢測出“孤島”現(xiàn)象。針對上述兩點,提出了一種基于無功電流-頻率正反饋的孤島檢測方法,推導了正反饋成立的參數(shù)條件,討論了方法實施的具體步驟。仿真和實驗證明,在電網(wǎng)正常時,該方法對系統(tǒng)幾乎沒有擾動,但是一旦電網(wǎng)出現(xiàn)“孤島”的情況,無功電流和頻率之間的正反饋會讓頻率迅速朝一個方向變化,直到觸發(fā)孤島保護。 針對LCL濾波器的諧振問題,分析了目前常用的消除諧振的方法,比較了各自的優(yōu)缺點,指出目前的方法存在損耗增加、引入噪聲或者設計難度較大等問題。為了從瞬時功率的角度對諧振電流進行補償,對目前幾種坐標系下的瞬時功率理論進行了分析,得出的結論是p-q-r理論對三相電流的控制有足夠的自由度。最后,在p-q-r理論基礎上,分析了p-q-r中坐標變換及功率的定義,得出改善輸出電流波形的方法,并將其應用在并網(wǎng)逆變器的控制中。仿真和實驗證明,這種方法能夠有效改善LCL濾波器的諧振問題,提高輸出波形質量。應用在三相三電平光伏并網(wǎng)逆變器中,在降低電流THD的同時,系統(tǒng)還能夠保持穩(wěn)定。 【關鍵詞】：三電平 并網(wǎng) 最大功率點跟蹤 相序檢測 孤島檢測 p-q-r理論
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-39
• 1.1 光伏發(fā)電的研究背景和意義11-17
• 1.1.1 光伏發(fā)電的必要性11-12
• 1.1.2 光伏發(fā)電的優(yōu)點和問題12-13
• 1.1.3 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.1.4 國外光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.1.5 國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹17-21
• 1.2.1 概述17
• 1.2.2 光伏電池種類17-19
• 1.2.3 獨立運行光伏系統(tǒng)19
• 1.2.4 并網(wǎng)發(fā)電光伏系統(tǒng)19-20
• 1.2.5 獨立運行光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)運行光伏系統(tǒng)的比較20-21
• 1.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)拓撲結構介紹21-23
• 1.3.1 單級式三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)21-22
• 1.3.2 兩級式三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)22-23
• 1.3.3 多級式三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)23
• 1.4 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究熱點23-29
• 1.4.1 如何提高光伏陣列的利用效率24-25
• 1.4.2 電網(wǎng)的故障檢測25-27
• 1.4.3 并網(wǎng)電能質量的改善27-29
• 1.5 本文主要的研究工作29-31
• 參考文獻31-39
• 第二章 光伏電池最大功率點追蹤方法的研究39-71
• 2.1 光伏電池的原理和特性39-42
• 2.2 經(jīng)典的最大功率點跟蹤方法介紹42-50
• 2.2.1 MPPT控制的基本原理42-43
• 2.2.2 恒定電壓跟蹤法43-45
• 2.2.3 擾動觀察法45-46
• 2.2.4 電導增量法46-48
• 2.2.5 其它MPPT方法48-50
• 2.3 擾動觀察法的改進50-55
• 2.3.1 變步長擾動觀察法51-53
• 2.3.2 dP-P&O方法53-55
• 2.4 MPPT優(yōu)化方案55-59
• 2.4.1 dP-P&O方法的優(yōu)化55-56
• 2.4.2 MPPT實現(xiàn)方法的優(yōu)化56-59
• 2.5 MPPT優(yōu)化方案的仿真和實驗59-66
• 2.5.1 MPPT優(yōu)化方案的仿真59-63
• 2.5.2 MPPT優(yōu)化方案的實驗63-66
• 2.6 本章小結66-68
• 參考文獻68-71
• 第三章 電網(wǎng)的相序檢測71-93
• 3.1 常用的相序檢測方法71-81
• 3.1.1 典型的硬件檢測電路71-76
• 3.1.2 典型的軟硬件結合檢測電路76-79
• 3.1.3 典型的相序檢測算法79-81
• 3.2 基于鎖相環(huán)dq-PLL的電網(wǎng)相序檢測81-91
• 3.2.1 dq-PLL的工作原理81-83
• 3.2.2 基于dq-PLL的相序檢測方法83-85
• 3.2.3 相序檢測仿真研究85-91
• 3.3 本章小結91-92
• 參考文獻92-93
• 第四章 電網(wǎng)的孤島檢測93-128
• 4.1 孤島檢測的常用方法93-107
• 4.1.1 電網(wǎng)端檢測法93-95
• 4.1.2 逆變器端檢測法95-107
• 4.2 基于無功電流-頻率正反饋孤島檢測方法107-124
• 4.2.1 無功電流-頻率正反饋孤島檢測方法的原理107-113
• 4.2.2 無功電流-頻率正反饋孤島檢測方法的仿真驗證113-117
• 4.2.3 無功電流-頻率正反饋孤島檢測方法的實驗研究117-120
• 4.2.4 無功電流-頻率正反饋法和無功擾動法的比較120-124
• 4.3 本章小結124-125
• 參考文獻125-128
• 第五章 輸出濾波器分析及電能質量改善128-166
• 5.1 輸出濾波器特性及控制策略分析128-136
• 5.1.1 L型濾波器的濾波特性及其并網(wǎng)控制策略128-130
• 5.1.2 LC型濾波器的濾波特性及其并網(wǎng)控制策略130-133
• 5.1.3 LCL型濾波器的濾波特性及其并網(wǎng)控制策略133-136
• 5.2 LCL濾波器常用的諧振尖峰抑制方法136-140
• 5.2.1 無源阻尼法136-137
• 5.2.2 虛擬電阻法137-138
• 5.2.3 基于超前網(wǎng)絡的有源阻尼法138-140
• 5.3 各種坐標系下的瞬時功率理論比較140-148
• 5.3.1 a-b-c坐標系下的瞬時功率理論140-142
• 5.3.2 α-β-0坐標系下的瞬時功率理論(p-q理論)142-143
• 5.3.3 d-q-0坐標系下的瞬時功率理論143-145
• 5.3.4 p-q-r坐標系下的瞬時功率理論(p-q-r理論)145-148
• 5.4 應用p-q-r理論對諧振電流進行補償148-161
• 5.4.1 p-q-r理論的作用機理148-151
• 5.4.2 應用p-q-r理論對LCL濾波器的諧振問題進行補償151-152
• 5.4.3 補償效果的仿真驗證152-158
• 5.4.4 補償效果的實驗驗證158-161
• 5.5 本章小結161-162
• 參考文獻162-166
• 第六章 工作總結與展望166-169
• 6.1 工作總結166-167
• 6.2 工作展望167-169
• 讀博期間發(fā)表的論文169-170
• 作者簡歷170

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