三相光伏并网控制及低电压穿越技术研究

【摘要】：日渐加深的能源危机以及越来越严重的环境问题,使得以光伏发电为代表的新能源技术取得了迅猛的发展。并网逆变器作为光伏并网运行过程中关键的电力电子装置,其控制策略的优劣将影响整个并网系统的性能。此外,针对目前光伏的高渗透率对电力系统稳定性影响的问题,研究了正常电网电压条件下的并网控制策略、电网电压故障时的低电压穿越控制策略,以保证整个系统的稳定运行,提高了系统的可靠性,同时低电压穿越技术作为大规模光伏并网和新型电力系统发展的关键环节,对其研究具有很大的现实意义和实用价值。针对光伏并网逆变器,本文重点研究了包括电网电压正常以及故障时的控制策略。首先,在并网逆变器正常的运行情况下,依据不同的坐标系,分别构建了其在两相同步旋转dq坐标系和两相静止αβ坐标系的下数学模型,同时设计了dq坐标系下的PI控制器和αβ坐标系下的准比例谐振(准PR)控制器。仿真结果表明两种控制器都能有效的控制并网,但基于准PR的控制器对并网电流中的谐波分量地抑制作用更加明显。其次,当电网发生三相对称故障致使电压跌落时,在采用了基于给定无功电流、控制有功电流的控制策略的基础上,再引入直流侧卸荷电路以抑制直流母线电压的升高,保证满足低压电穿越规定下的持续并网。仿真结果表明所采用的控制策略可在电压发生对称跌落时保证系统的安全稳定运行。最后,在电网电压发生不对称故障致使电压跌落时,分析了逆变器的运行特性,并针对基于正负序旋转坐标系的双电流环控制结构这一传统方法存在的控制系统复杂、动态响应慢的问题,引入了基于准PR的控制器。从而省去了电流内环多次的正负序分离,简化了控制系统设计,提高了系统的动态响应速度。仿真结果表明所设计的准PR控制器的控制策略能使光伏发电系统在电网不对称故障时在满足规定要求的情况下继续并网运行,实现低电压穿越。 【关键词】：光伏并网逆变器 电网对称故障 电网不对称故障 低电压穿越 准比例谐振
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-53
• 1.1 课题研究背景及意义9-12
• 1.2 光伏发电系统现状及发展趋势12-17
• 1.2.1 国内外并网光伏发电现状及发展趋势13-15
• 1.2.2 光伏并网发电系统的拓扑结构15-16
• 1.2.3 光伏并网逆变控制技术研究现状16-17
• 1.3 低电压穿越技术研究现状17-18
• 1.3.1 低电压穿越技术研究背景及意义17
• 1.3.2 低电压穿越技术要求17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 1.5 光伏阵列的数学建模20-23
• 1.5.1 光伏电池的工程模型20-22
• 1.5.2 光伏电池特性曲线分析22-23
• 1.6 光伏阵列最大功率点跟踪控制策略23-25
• 1.7 并网逆变器拓扑结构及数学模型25-28
• 1.7.1 电压型并网逆变器的拓扑结构分析25-26
• 1.7.2 三相静止坐标系下的数学模型26-27
• 1.7.3 两相静止坐标系下的数学模型27-28
• 1.7.4 两相旋转坐标系下的数学模型28
• 1.8 电网电压正常情况下的并网控制策略28-38
• 1.8.1 基于电网电压定向的矢量控制29-30
• 1.8.2 基于 PI 控制器的控制策略30-32
• 1.8.3 基于准比例谐振控制器的控制策略32-38
• 1.9 并网仿真及分析38-43
• 1.10 电网电压对称故障对光伏并网系统的影响分析43
• 1.11 低电压穿越控制策略研究43-45
• 1.12 抑制电网电压跌落时直流侧电压升高45-49
• 1.12.1 基于卸荷电路的低电压保护策略46-47
• 1.12.2 卸荷电路的控制策略47-49
• 1.13 仿真验证及分析49-53
• 第二章 电网电压对称故障下逆变器低电压穿越技术研究53-68
• 2.1 电网电压对称故障对光伏并网系统的影响分析53-56
• 2.1.1 电网电压不对称故障下光伏并网逆变器数学模型53-55
• 2.1.2 电网电压不对称故障下并网功率分析55-56
• 2.2 低电压穿越控制策略研究56-61
• 2.2.1 基于正负旋转坐标系的双电流内环控制策略56-58
• 2.2.2 基于两相静止坐标系下的准比例谐振控制策略58-61
• 2.3 仿真验证及分析61-66
• 2.4 总结66-67
• 2.5 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士期间发表的论文目录73-74

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