三相光伏并網(wǎng)逆變器監(jiān)控系統(tǒng)的研究

【摘要】：近年來(lái),經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)、越來(lái)越高的能源需求和二氧化碳排放的限制政策成為了推動(dòng)基于分布式發(fā)電系統(tǒng)新能源發(fā)展的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)具有體積小、零污染的優(yōu)點(diǎn),在世界范圍內(nèi)得到了廣泛使用。但是大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)的滲透直接導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)兩者相互影響著對(duì)方的穩(wěn)定和安全。因此,研究一種高性能的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)逆變器與電網(wǎng)的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù),是保證并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定和安全運(yùn)行的重要前提。 在綜合了國(guó)內(nèi)外光伏逆變器監(jiān)控系統(tǒng)的研究成果之后,本文以單臺(tái)并網(wǎng)逆變器為研究對(duì)象,首先確定用于單臺(tái)逆變器監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程與總體軟硬件的設(shè)計(jì)方案。重點(diǎn)研究了監(jiān)控系統(tǒng)中所用到的能夠獨(dú)立于逆變器控制系統(tǒng)對(duì)交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)(PCC)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。使用基于軟件鎖相環(huán)技術(shù)的電網(wǎng)同步算法來(lái)快速而又精準(zhǔn)地跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓的幅值、頻率和相位發(fā)生的變化。并在此基礎(chǔ)上,提出了一種新型的主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法,利用鎖相環(huán)精準(zhǔn)的頻率跟蹤性能,來(lái)判斷并網(wǎng)點(diǎn)孤島狀態(tài)。 對(duì)于鎖相環(huán)和主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法,文章對(duì)兩者之間的必然聯(lián)系以及在所提監(jiān)控系統(tǒng)中的重要性做出了解釋。首先分析了PLL的基本工作原理以及非理想電網(wǎng)環(huán)境對(duì)其跟蹤輸出造成的不良影響,在原有PLL的鑒相器中加入一種信號(hào)延時(shí)消除算法(DSC)可以有效地抑制非理想電網(wǎng)信號(hào)輸入帶來(lái)的不良影響,同時(shí)在理論上分析了新型鎖相環(huán)的跟蹤性能。隨后,針對(duì)現(xiàn)有主動(dòng)式孤島檢測(cè)技術(shù)的不足,新提出一種雙邊三角波無(wú)功擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法,闡述檢測(cè)機(jī)理,分析其檢測(cè)盲區(qū)的大小,并和傳統(tǒng)的無(wú)功擾動(dòng)方法進(jìn)行對(duì)比,新提方法具有更好的性能。 在Matlab／Simulink中搭建模型,對(duì)重點(diǎn)研究的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)仿真的結(jié)果證明理論研究的正確性。 最后,根據(jù)之前給出監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)敘述了算法的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方法和軟硬件的設(shè)計(jì)步驟,建立以STM32F407控制器為監(jiān)測(cè)模塊,配合PLC、HMI觸摸屏所構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。從得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,本文設(shè)計(jì)的逆變器監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運(yùn)行。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 監(jiān)控系統(tǒng) 鎖相環(huán) 孤島檢測(cè) STM32F407
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題的研究背景和意義11-12
• 1.1.1 能源危機(jī)與環(huán)境污染11-12
• 1.1.2 光伏發(fā)電技術(shù)的前景與趨勢(shì)12
• 1.1.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)12
• 1.2 逆變器監(jiān)控技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 目前光伏逆變器監(jiān)控技術(shù)存在的問(wèn)題14
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容與工作14-16
• 第二章 逆變器監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)16-22
• 2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)16-18
• 2.2 監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案18-19
• 2.3 以ARM為監(jiān)控系統(tǒng)核心模塊的設(shè)計(jì)分析19-21
• 2.3.1 硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述19-20
• 2.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)模塊所用算法的簡(jiǎn)述20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第三章 公共連接點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的研究22-47
• 3.1 基于三相鎖相環(huán)的電網(wǎng)同步算法22-27
• 3.1.1 鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)23
• 3.1.2 三相軟件鎖相環(huán)基本原理23-25
• 3.1.3 SPLL的數(shù)學(xué)模型分析及參數(shù)設(shè)置對(duì)其性能的影響25-27
• 3.2 基于CDSC-PLL的電網(wǎng)同步算法27-35
• 3.2.1 非理想電網(wǎng)環(huán)境下的電壓的特性28-30
• 3.2.2 應(yīng)用在非理想電網(wǎng)環(huán)境下的相位同步技術(shù)30-32
• 3.2.3 三相CDSC-PLL的原理與特性32-35
• 3.2.4 CDSC-PLL的結(jié)構(gòu)分析35
• 3.3 基于三相PLL的主動(dòng)式孤島檢測(cè)35-46
• 3.3.1 孤島發(fā)生時(shí)PCC點(diǎn)功率潮流分析36-38
• 3.3.2 雙邊三角波無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)原理38-40
• 3.3.3 輸出無(wú)功擾動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)40-43
• 3.3.4 多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行情況下檢測(cè)性能分析43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的仿真47-62
• 4.1 逆變器主電路模型的建立及其參數(shù)設(shè)置47-48
• 4.2 CDSC-PLL的仿真48-55
• 4.2.1 CDSC-PLL在Matlab/Simulink中模型搭建48-49
• 4.2.2 CDSC-PLL在各種非理想電網(wǎng)環(huán)境下的仿真49-55
• 4.3 雙邊三角波無(wú)功擾動(dòng)孤島檢測(cè)仿真模型55-60
• 4.3.1 單機(jī)運(yùn)行下的孤島檢測(cè)效果56-58
• 4.3.2 多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)孤島檢測(cè)效果58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 逆變器監(jiān)控模塊的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)62-72
• 5.1 監(jiān)控模塊的硬件電路設(shè)計(jì)62-65
• 5.1.1 ARM數(shù)字控制器外圍電路設(shè)計(jì)62-63
• 5.1.2 ADE7878電能計(jì)量芯片硬件設(shè)計(jì)63-65
• 5.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件算法上的實(shí)現(xiàn)65-68
• 5.2.1 CDSC-PLL和孤島檢測(cè)算法數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)65-67
• 5.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)67-68
• 5.3 硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的介紹和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析68-71
• 5.3.1 CDSC-PLL實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形分析68-70
• 5.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)通信測(cè)試70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論與展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況80

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