兩級式光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制策略研究

【摘要】：近年來,光伏并網(wǎng)發(fā)電持續(xù)發(fā)展,必將在未來新能源發(fā)電中占有至關(guān)重要的一席之地。全球環(huán)境惡化和一次能源的日益減少推進(jìn)了國內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速增長。并網(wǎng)逆變系統(tǒng)是整個光伏發(fā)電系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分,保證其可靠安全并網(wǎng)具有重要意義。本文針對三相并網(wǎng)逆變系統(tǒng),圍繞三相光伏發(fā)電系統(tǒng)建模,電網(wǎng)電壓平衡和電網(wǎng)電壓不平衡時系統(tǒng)并網(wǎng)控制,以及相關(guān)的低電壓穿越技術(shù)等方面展開研究分析。本文針對兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),采用三相三線制。前級為光伏陣列和Boost變換器電路,首先建立光伏電池的工程模型方便研究應(yīng)用,采用一種電壓閉環(huán)MPPT控制結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)前級電路升壓和最大功率跟蹤的目的。其次,后級選用基于LCL濾波器的三相逆變器結(jié)構(gòu),其一般數(shù)學(xué)模型得以建立。分析LCL濾波器的濾波特性,介紹其參數(shù)設(shè)計方法。由于濾波器存在諧振尖峰,需采用阻尼控制保證系統(tǒng)穩(wěn)定。在電網(wǎng)電壓平衡情況下,采用基于比例積分的電壓電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)對并網(wǎng)電流進(jìn)行控制,保證并網(wǎng)電流平衡及單位功率因數(shù)并網(wǎng)。最后仿真驗證所建立的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓平衡時能穩(wěn)定安全運行。在實際運行中,電網(wǎng)可能會出現(xiàn)不平衡狀況。此時根據(jù)光伏陣列輸出特性和逆變器并網(wǎng)要求,對光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)進(jìn)行研究,建立不平衡情況下的數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)前級Boost電路和后級逆變系統(tǒng)的獨立控制。采用基于SOGI的正交信號發(fā)生器進(jìn)行正負(fù)序分量分離并完成對電網(wǎng)電壓的鎖相。同時,分別提出抑制負(fù)序電流的控制策略以及抑制直流側(cè)電壓波動的控制策略,兩者均基于dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。最后通過建立光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型,驗證所提出的控制策略在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的有效性。為了實現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的低電壓穿越,根據(jù)光伏陣列輸出特性和逆變器并網(wǎng)要求,對并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。先介紹光伏電站低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn),并簡要分析電壓跌落時逆變器的運行狀況。在電網(wǎng)跌落故障期間,采用前級定功率控制使光伏陣列輸出定額功率,后級逆變器控制輸出一定量的無功,從而限制逆變器直流側(cè)過電壓和并網(wǎng)電流。同時,為了抑制并網(wǎng)電流中的負(fù)序分量,采用抑制負(fù)序電流的控制策略。最終通過構(gòu)建兩級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)低電壓穿越的仿真模型,驗證了在不同電網(wǎng)電壓跌落情況下,所提出的低電壓穿越控制策略切實可行。 【關(guān)鍵詞】：兩級式光伏系統(tǒng) 并網(wǎng)逆變器 電網(wǎng)電壓不平衡 低電壓穿越 定功率控制
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 太陽能光伏發(fā)電背景及意義9-10
• 1.2 光伏逆變系統(tǒng)10-13
• 1.3 電網(wǎng)電壓不平衡控制技術(shù)13-14
• 1.4 光伏并網(wǎng)低電壓穿越技術(shù)14-15
• 1.5 論文研究的主要內(nèi)容15-17
• 2 兩級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般建模及控制17-43
• 2.1 前級光伏陣列及Boost變換器控制17-25
• 2.1.1 光伏陣列建模17-22
• 2.1.2 前級Boost電路控制22-25
• 2.2 光伏并網(wǎng)逆變器一般建模及控制25-37
• 2.2.1 基于LCL濾波器的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)建模25-34
• 2.2.2 電網(wǎng)電壓平衡時逆變器控制策略34-37
• 2.3 電網(wǎng)電壓平衡時并網(wǎng)逆變系統(tǒng)仿真37-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 3 電網(wǎng)電壓不平衡時逆變器控制策略研究43-63
• 3.1 電網(wǎng)電壓不平衡概述43-44
• 3.2 電網(wǎng)電壓不平衡時逆變器數(shù)學(xué)模型及控制44-49
• 3.2.1 抑制逆變器網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流控制策略46-47
• 3.2.2 抑制直流側(cè)電壓波動的控制策略47-49
• 3.3 不平衡電網(wǎng)電壓檢測49-55
• 3.3.1 電網(wǎng)電壓暫降檢測49-50
• 3.3.2 正負(fù)序分量提取及鎖相算法50-52
• 3.3.3 電網(wǎng)電壓不平衡時正負(fù)序分離及鎖相仿真52-55
• 3.4 電網(wǎng)電壓不平衡時仿真及結(jié)果分析55-62
• 3.4.1 抑制逆變器網(wǎng)側(cè)負(fù)序電流控制策略仿真55-59
• 3.4.2 抑制直流側(cè)電壓波動控制策略仿真59-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 4 低電壓穿越技術(shù)研究63-81
• 4.1 低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)63-65
• 4.2 電網(wǎng)電壓跌落時逆變器運行分析65-66
• 4.3 低電壓穿越控制策略66-72
• 4.3.1 光伏陣列定功率輸出控制66-70
• 4.3.2 基于無功支撐的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越70-72
• 4.4 低電壓穿越仿真分析72-78
• 4.4.1 電網(wǎng)電壓一相跌落仿真72-74
• 4.4.2 電網(wǎng)電壓兩相跌落仿真74-76
• 4.4.3 電網(wǎng)電壓三相對稱跌落仿真76-78
• 4.5 本章小結(jié)78-81
• 5 總結(jié)與展望81-83
• 5.1 論文總結(jié)81
• 5.2 后續(xù)研究展望81-83
• 致謝83-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 附錄91
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄91

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