基于LCL的光伏并網(wǎng)諧波抑制技術(shù)研究

【摘要】：光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置因采用電力電子器件會(huì)向電網(wǎng)中注入諧波，采用LCL濾波器能有效的濾除發(fā)電側(cè)的高次諧波，提高電能質(zhì)量。由于光伏并網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)與有源電力濾波器一致，因此可以實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)和有源濾波統(tǒng)一控制，在無(wú)光照或弱光照下，統(tǒng)一控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)而濾除電網(wǎng)側(cè)的諧波。當(dāng)前統(tǒng)一控制系統(tǒng)在補(bǔ)償電網(wǎng)側(cè)諧波時(shí)，其中諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)主要是基于三相電網(wǎng)電壓平衡時(shí)檢測(cè)方法，但是在實(shí)際的工況中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)三相電壓不平衡的情況，此時(shí)電壓相角檢測(cè)誤差較大，諧波補(bǔ)償電流的跟蹤精度降低甚至失效；而且此時(shí)諧波檢測(cè)的響應(yīng)速度更慢。實(shí)際補(bǔ)償會(huì)有較大延遲，降低了補(bǔ)償速度，電網(wǎng)側(cè)諧波濾除效果不佳。此外在諧波電流閉環(huán)控制中消除LCL濾波器諧振問(wèn)題尚待研究。 針對(duì)三相電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)統(tǒng)一控制系統(tǒng)的諧波補(bǔ)償精度和速度問(wèn)題，做了如下方面的研究： 第一，由于光伏并網(wǎng)核心部分逆變器在結(jié)構(gòu)與有源電力濾波器具有共性，因此本文通過(guò)研究采用統(tǒng)一控制方式，在光伏發(fā)電時(shí)抑制電源側(cè)諧波，降低諧波含量。在無(wú)光照，光伏系統(tǒng)無(wú)電能饋向電網(wǎng)時(shí)可以濾除電網(wǎng)側(cè)諧波。 第二，在三相電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，出現(xiàn)相位偏移、幅值變化時(shí)，同時(shí)將正、負(fù)序電壓做派克變換，通過(guò)電流平均值模塊得到電壓的基波量，進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算出正序電壓的相角，保證諧波檢測(cè)的精度以提高諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。此時(shí)諧波檢測(cè)延遲會(huì)更大，采用積分模塊替代低通濾波器可有效縮短檢測(cè)延遲時(shí)間。 第三，改進(jìn)總諧波失真度（THD）的計(jì)算方式，通過(guò)對(duì)諧波電流進(jìn)行積分，計(jì)算諧波電流有效值，不需要計(jì)算各次諧波的幅值，減小了THD的計(jì)算量。 第四，諧波檢測(cè)出的諧波指令值為三相量，而通常是在d、q坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的控制，可先做差值計(jì)算出d、q坐標(biāo)下諧波指令電流值，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制和有源阻尼技術(shù)，再通過(guò)逆變換得到三相諧波電流指令值，進(jìn)而控制逆變器。 第五，在基于MATLAB/Simulink的仿真環(huán)境下建立實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)和有源濾波雙重功能的模型，為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制系統(tǒng)功能，設(shè)計(jì)了基于DSP的統(tǒng)一控制系統(tǒng)的硬件和軟件。 仿真結(jié)果驗(yàn)證了統(tǒng)一控制系統(tǒng)理論的可行性，且實(shí)現(xiàn)了諧波的精確快速檢測(cè)。統(tǒng)一控制理論適用于能應(yīng)對(duì)特殊場(chǎng)合的多功能光伏并網(wǎng)逆變器。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng) 統(tǒng)一控制 LCL濾波器 諧波檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 選題背景9
• 1.2 諧波抑制的意義9-11
• 1.3 電能質(zhì)量控制技術(shù)概述11-14
• 1.3.1 電能質(zhì)量的概念11-12
• 1.3.2 電能質(zhì)量控制技術(shù)12-14
• 1.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述14-15
• 1.4.1 光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和前景14
• 1.4.2 光伏發(fā)電技術(shù)14-15
• 1.5 課題研究目的與意義15-16
• 1.6 論文主要內(nèi)容16-17
• 1.7 本章小結(jié)17-18
• 第2章 有源電力濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制18-23
• 2.1 有源電力濾波器與光伏發(fā)電工作原理分析18-20
• 2.1.1 有源電力濾波器的工作原理18-19
• 2.1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電的工作原理19-20
• 2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電與有源電力濾波異同點(diǎn)20-21
• 2.3 光伏發(fā)電和有源電力濾波統(tǒng)一控制策略21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第3章 統(tǒng)一控制中的 MPPT 與諧波檢測(cè)方法23-34
• 3.1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型與控制技術(shù)23-26
• 3.1.1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型23-24
• 3.1.2 MPPT 的控制技術(shù)24-26
• 3.2 諧波電流檢測(cè)方法26-33
• 3.2.1 基于傅立葉變換的檢測(cè)方法27-28
• 3.2.2 基于 p、q 理論檢測(cè)方法28
• 3.2.3 基于 ip、iq理論檢測(cè)方法28-29
• 3.2.4 基于改進(jìn)的 ip、iq理論檢測(cè)方法29-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 統(tǒng)一控制系統(tǒng)逆變器控制策略34-48
• 4.1 光伏并網(wǎng)與諧波電流合成指令算法34-37
• 4.2 LCL 濾波器的阻尼控制技術(shù)37-41
• 4.2.1 無(wú)源阻尼技術(shù)38-39
• 4.2.2 基于電容電流反饋的有源阻尼技術(shù)39-41
• 4.3 統(tǒng)一控制策略分析41-43
• 4.3.1 基于有源阻尼的電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)41-42
• 4.3.2 電壓外環(huán)設(shè)計(jì)42-43
• 4.4 準(zhǔn)比例諧振控制器設(shè)計(jì)43-45
• 4.5 LCL 濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)45-47
• 4.5.1 LCL 濾波器橋臂電感 L 的確定45-46
• 4.5.2 LCL 濾波器網(wǎng)側(cè) LC 的確定46-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 基于 DSP 的統(tǒng)一控制系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)48-58
• 5.1 統(tǒng)一控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)48-53
• 5.1.1 數(shù)字處理器 TMS320F28335 簡(jiǎn)介48
• 5.1.2 DSP 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-51
• 5.1.3 DSP 串口通信電路51
• 5.1.4 信號(hào)調(diào)理電路51-52
• 5.1.5 CPLD 及其外圍電路52
• 5.1.6 驅(qū)動(dòng)電路52-53
• 5.2 統(tǒng)一控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)53-57
• 5.2.1 主程序和中斷程序流程圖53-54
• 5.2.2 諧波電流檢測(cè)程序54-55
• 5.2.3 MPPT 子程序55-56
• 5.2.4 SPWM 子程序56-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 第6章 仿真研究與結(jié)果分析58-70
• 6.1 MATLAB/Simulink 仿真環(huán)境簡(jiǎn)介58
• 6.2 統(tǒng)一控制系統(tǒng)建模58-59
• 6.3 仿真結(jié)果分析59-69
• 6.3.1 進(jìn)行有源電力濾波和無(wú)功補(bǔ)償59-62
• 6.3.2 有源電力濾波和光伏并網(wǎng)統(tǒng)一控制仿真分析62-63
• 6.3.3 基于改進(jìn)的 ip、iq檢測(cè)算法速度仿真63-65
• 6.3.4 基于改進(jìn)的 ip、iq檢測(cè)算法精度仿真65-69
• 6.4 本章小結(jié)69-70
• 第7章 結(jié)論與展望70-72
• 7.1 本文總結(jié)70
• 7.2 未來(lái)研究方向的展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況76

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