具有电能质量改善功能的光伏并网系统研究

【摘要】：随着传统化石能源的日益枯竭及环境污染问题越来越严重,太阳能发电逐渐成为各国的研究热点。光伏发电因具有易受环境变化影响的特点,在其大规模并网时会对电网产生不良影响,比如光伏系统输出功率不稳定会造成并网逆变器的功率开关频繁不规律动作,给电网带来谐波问题。此外伴随着电力网络的发展,越来越多非线性阻感负载接入电网末梢,也影响着其电能质量。本文针对上述问题,提出了一种可以补偿电网谐波无功电流的光伏并网发电系统,具体开展了如下的工作:首先,分析了光伏并网系统与有源电力滤波器的拓扑结构和工作原理,对二者统一控制理论上的可行性进行了探究,得到具有电能质量改善功能的光伏并网系统的拓扑结构,对其工作原理做了具体分析,建立了系统数学模型。其次,完成了光伏并网系统的前级建模分析。先建立了光伏电池工程数学模型,根据数学模型在Matlab中搭建仿真模块。然后在其基础上,对局部遮挡下光伏电池的串联、并联以及串并联形成阵列的数学模型和输出特性进行了深入的研究,理论上分析了功率最大点出现位置以及多功率最大点产生机理,通过Matlab建模仿真验证了理论推导的正确性。针对光伏阵列功率输出在局部遮挡条件下会有多局部功率最大点的特点,提出了一种可以跟踪全局光伏输出最大功率点的MPPT控制算法,算法的有效性通过仿真得到验证。最后,研究了系统的控制策略并仿真验证了系统的有效性。先建立了系统的电流闭环控制结构,对光伏并网有功电流指令、直流侧电压控制信号以及电网中谐波无功电流信号逐一进行推导,经过指令信号合成后得到并网电流指令信号。然后对指令电流信号的跟踪控制策略进行了分析,采用一种比例积分谐振电流跟踪控制策略,可以对指令电流信号无差跟踪并且保证系统的稳定性。基于以上工作,在Matlab中搭建了系统仿真模块,从三个角度对系统进行仿真分析,仿真结果显示系统可以达到预期的目标,在其并网输送有功电能的同时,也能补偿电网中的谐波无功电流。 【关键词】：光伏并网 电能质量 局部遮挡 最大功率跟踪 比例积分谐振
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 光伏并网发电与电能质量控制技术概述11-13
• 1.2.1 光伏并网发电系统11-12
• 1.2.2 电能质量控制技术12-13
• 1.3 本课题研究现状13-14
• 1.4 论文主要工作14-15
• 第2章 系统的原理分析15-22
• 2.1 有源电力滤波器APF与光伏并网系统介绍15-18
• 2.1.1 APF和光伏并网系统的拓扑结构与工作原理分析15-17
• 2.1.2 APF和光伏并网系统对比分析17-18
• 2.2 具有电能质量控制功能的光伏并网系统18-21
• 2.2.1 系统的拓扑结构与工作原理18-20
• 2.2.2 系统的数学模型20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 光伏阵列输出特性与最大功率跟踪控制研究22-47
• 3.1 光伏电池的工作原理与建模22-26
• 3.1.1 光伏电池工作原理22-23
• 3.1.2 光伏电池建模23-25
• 3.1.3 光伏电池输出特性25-26
• 3.2 局部遮挡下光伏模块的输出特性研究26-37
• 3.2.1 局部遮挡对光伏阵列的影响27-29
• 3.2.2 串联光伏组件输出特性数学建模29-31
• 3.2.3 并联光伏组件输出特性数学建模31-32
• 3.2.4 光伏阵列输出特性输出特性数学建模32-33
• 3.2.5 光伏输出特性仿真分析33-37
• 3.3 光伏阵列最大功率跟踪控制研究37-46
• 3.3.1 传统MPPT控制算法37-40
• 3.3.2 基于CS的MPPT控制方法40-42
• 3.3.3 局部遮挡下MPPT仿真分析42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 系统的控制策略研究47-59
• 4.1 系统的电流闭环控制结构47-49
• 4.2 电网谐波无功电流检测研究49-52
• 4.2.1 三相电路瞬时无功功率理论49-51
• 4.2.2 i_p-i_q谐波检测法51-52
• 4.3 系统的复合控制52-54
• 4.3.1 直流侧电压控制52-53
• 4.3.2 并网指令电流信号合成53-54
• 4.4 电流跟踪控制策略研究54-58
• 4.4.1 比例控制55-56
• 4.4.2 基于比例积分谐振电流控制策略56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 系统仿真分析59-64
• 5.1 光伏系统仅输出有功电流59-61
• 5.2 光伏系统输出有功电流并且补偿谐波电流61-62
• 5.3 光伏系统输出有功电流并且补偿谐波、无功电流62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72

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