三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一電能質(zhì)量控制

【摘要】：隨著工業(yè)的快速發(fā)展以及傳統(tǒng)化石能源的日益減少，世界范圍的環(huán)境的污染和能源短缺己經(jīng)成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。太陽能是新能源的重要成員，具有取之不盡、用之不竭、能就地開發(fā)利用、純凈無污染、不會破壞生態(tài)平衡等優(yōu)點。目前全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)將越來越多地接入光伏電源。相比于傳統(tǒng)發(fā)電，光伏發(fā)電更易受到外界環(huán)境的影響，并且含有大量電力電子器件，輸出存在不穩(wěn)定性，再加上接有大量非線性、沖擊性的負載，這些因素帶來了很多新的電網(wǎng)電能質(zhì)量問題。 本文以一個完整的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，對三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進行建模、研究了控制策略，分析了光伏并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響并提出了解決措施。重點研究了以下幾個方面： 首先，根據(jù)太陽能電池的數(shù)學(xué)模型，分析了太陽能電池的電氣特性，建立MATLAB仿真模型，該模型能在不同光照強度和電池溫度下對光伏電池的輸出特性進行模擬。通過控制Boost斬波電路的占空比，采用干擾觀測法來實現(xiàn)最大功率跟蹤（MPPT），通過仿真驗證所建立的模型對光照強度、溫度變化反應(yīng)靈敏，能夠快速、準(zhǔn)確的實現(xiàn)最大功率跟蹤，通用性、動態(tài)性能好； 其次，建立基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計一種基于電壓電流雙閉環(huán)解耦控制的三相空間矢量逆變器，以實現(xiàn)光伏陣列輸出電壓的有源逆變，降低系統(tǒng)并網(wǎng)電流波形的總諧波畸變率，改善輸出電流波形，具有優(yōu)良的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，滿足光伏并網(wǎng)發(fā)電要求； 然后，針對三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓畸變問題，完成動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）的建模及仿真。在分析動態(tài)電壓恢復(fù)器的基本原理的基礎(chǔ)上，對畸變電壓的檢測方法進行改進，利用三相dq0變換檢測算法建立通用于三相平衡和不平衡系統(tǒng)電壓檢測的模型，設(shè)計基于增量式參數(shù)模糊自整定PID控制器的控制策略，使DVR能補償因光照強度和電池溫度變化影響的光伏電源側(cè)電壓畸變，改善光伏電站供電電能質(zhì)量； 最后，針對三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的諧波問題，完成有源濾波器的建模及仿真。分析并聯(lián)型有源電力濾波器的基本原理的基礎(chǔ)上，對諧波電流的檢測方法進行改進，提出基于積分延時增益環(huán)節(jié)的改進i p iq諧波電流的檢測方法，提出基于不定頻滯環(huán)空間電壓矢量的電流控制策略，提高有源濾波器的電流跟蹤性能，使有源濾波器能抑制非理想線性負載狀況下用戶側(cè)諧波電流，從而改善光伏電站供電電能質(zhì)量。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)發(fā)電 電能質(zhì)量 動態(tài)電壓恢復(fù)器 模糊控制 有源濾波器 不定頻滯環(huán)空間電壓矢量
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 課題的背景及意義11-12
• 1.1.1 能源問題11
• 1.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電路拓撲研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 最大功率跟蹤技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變控制研究現(xiàn)狀14
• 1.2.4 光伏并網(wǎng)發(fā)電的電能質(zhì)量問題14-15
• 1.2.5 電能質(zhì)量控制的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 2 光伏電池建模及最大功率點跟蹤控制17-28
• 2.1 光伏電池模型17-21
• 2.1.1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型17-19
• 2.1.2 光伏電池模型仿真分析19-21
• 2.2 最大功率點跟蹤（MPPT）和直流變換21-26
• 2.2.1 DC/DC 電路21-22
• 2.2.2 最大功率點跟蹤22-24
• 2.2.3 PWM 脈寬調(diào)制模塊24
• 2.2.4 仿真分析24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-28
• 3 三相光伏并網(wǎng)逆變器的研究28-46
• 3.1 三相三線逆變器主電路模型28-29
• 3.2 三相逆變器的數(shù)學(xué)模型29-32
• 3.2.1 坐標(biāo)變換29-30
• 3.2.2 基于三相靜止 abc 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型30-31
• 3.2.3 基于兩相同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型31-32
• 3.3 電壓電流雙環(huán)解耦控制器的設(shè)計32-38
• 3.3.1 典型系統(tǒng)整定法32-33
• 3.3.2 電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計33-35
• 3.3.3 電壓外環(huán)控制器的設(shè)計35-38
• 3.4 SVPWM 算法的實現(xiàn)38-40
• 3.4.1 判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)38
• 3.4.2 計算相鄰兩開關(guān)電壓矢量作用的時間38-39
• 3.4.3 A、B、C 三相比較器切換點39-40
• 3.5 電壓電流雙環(huán)解耦控制的三相 SVPWM 逆變器建模與仿真分析40-45
• 3.5.1 逆變器及控制模塊的搭建40-43
• 3.5.2 仿真分析43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 4 三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓畸變補償46-62
• 4.1 動態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)和基本原理46-50
• 4.1.1 DVR 的結(jié)構(gòu)46-48
• 4.1.2 DVR 的基本原理48-50
• 4.2 基于 dq0 變換的畸變電壓檢測與仿真50-54
• 4.2.1 dq0 檢測算法與仿真50-53
• 4.2.2 dq0 檢測算法的改進及仿真53-54
• 4.3 DVR 的控制方法54-57
• 4.3.1 模糊控制的基本原理54-55
• 4.3.2 參數(shù)模糊自整定 PID 控制55-57
• 4.4 增量式參數(shù)模糊自整定 PID 控制的 DVR 建模與仿真57-61
• 4.4.1 模糊控制部分建模57-58
• 4.4.2 三相 DVR 建模58-60
• 4.4.3 仿真及結(jié)果分析60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 5 三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的有源濾波62-84
• 5.1 有源電力濾波器數(shù)學(xué)模型及基本原理62-65
• 5.1.1 無源濾波器基本結(jié)構(gòu)與缺陷62-63
• 5.1.2 有源濾波器的數(shù)學(xué)模型63-64
• 5.1.3 有源濾波器的基本控制原理64-65
• 5.2 基于瞬時無功功率理論的檢測法65-69
• 5.2.1 瞬時無功功率理論65-66
• 5.2.2 p q檢測法66-67
• 5.2.3 i_p-i_q檢測法67
• 5.2.4 改進的i_p-i_q檢測法67-69
• 5.3 有源濾波器電流跟蹤控制策略的研究69-75
• 5.3.1 常用的電流控制方法分析69-70
• 5.3.2 基于不定頻滯環(huán) SVPWM 的電流控制策略70-75
• 5.5 基于不定頻滯環(huán)空間電壓矢量的電流控制策略的有源濾波器建模與仿真75-83
• 5.5.1 仿真模型的建立75-80
• 5.5.2 仿真結(jié)果分析80-83
• 5.6 本章小結(jié)83-84
• 6 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 總結(jié)84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻86-89
• 致謝89-90
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果90

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