光伏并网发电与电能质量调节统一控制研究

【摘要】：随着能源短缺与环境问题的日益严峻,绿色可再生能源的研究与开发得到了国内外的广泛关注。太阳能因其储量巨大、清洁无污染等特点备受青睐。然而,光伏发电自身的特点,使其受天气变化影响大,需频繁投切机,这使得光伏并网发电系统对传统电网会产生一些不良影响,给配电网带来各种扰动,影响电能质量。另外,随着越来越多的电力电子装置的使用以及大量非线性负载的存在,使得电网中存在大量的谐波和无功成分,影响了供电质量。本文从光伏并网发电系统和有源电力滤波器的理论分析入手,分析比较了二者在功能、结构和控制策略上的相似性,结合二者特点,提出了一种既能实现光伏并网发电,又能进行谐波抑制和无功补偿的统一控制系统,给出了统一控制系统的基本拓扑结构,并对其基本工作原理作了介绍。根据光伏电池的基本工作原理,推导了光伏电池工程用数学模型,在MATLAB/Simulink环境下进行仿真并分析其工作特性;结合光伏电池最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制的基本原理,分析了几种传统的MPPT控制方法,并对电导增量法进行改进优化,给出了流程图,并进行仿真验证。构建统一控制系统的数学模型,分析其基本控制原理。基于三相电路瞬时无功功率理论,对p-q法和p qi-i法进行仿真分析,验证其可行性。重点分析并设计统一控制系统指令信号的合成,对指令信号中包含的光伏阵列并网有功电流信号和直流侧电压控制信号进行分析计算,给出了合成结构图。详细分析统一控制系统的电流闭环控制策略,结合传统的PI控制,引入准谐振控制器,提出了一种准PIR控制策略,分析表明该策略符合本文的设计要求。当电网电压不平衡时,采用一种复合控制策略以获得较理想的控制效果。最后,在MATLAB/Simulink环境下搭建统一控制系统的仿真模型,针对其不同运行状态进行仿真分析,仿真结果证明本文所设计的统一控制系统能够向电网注入有功,并同时实现电能质量调节。 【关键词】：光伏并网 电能质量 统一控制 准比例积分谐振 最大功率跟踪
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 光伏发电系统概述12-14
• 1.3 本课题研究现状14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 统一控制系统的理论分析18-25
• 2.1 光伏并网发电系统与APF的比较分析18-22
• 2.1.1 光伏并网发电系统拓扑结构及工作原理18-20
• 2.1.2 APF拓扑结构及工作原理20-21
• 2.1.3 光伏并网发电系统与APF的比较分析21-22
• 2.2 统一控制系统拓扑结构设计22-24
• 2.2.1 统一控制系统拓扑结构22-23
• 2.2.2 统一控制系统工作原理分析23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 光伏电池最大功率跟踪控制研究25-37
• 3.1 光伏电池数学模型与仿真分析25-28
• 3.1.1 光伏电池工程用数学模型25-27
• 3.1.2 光伏电池工作特性分析27-28
• 3.2 光伏电池最大功率跟踪算法28-34
• 3.2.1 基于Boost电路的光伏电池MPPT原理29-31
• 3.2.2 恒定电压法31
• 3.2.3 扰动观察法31-32
• 3.2.4 电导增量法及其改进算法32-34
• 3.3 最大功率跟踪算法仿真分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 统一控制系统控制策略研究37-63
• 4.1 统一控制系统数学模型37-40
• 4.2 谐波和无功电流检测算法设计40-46
• 4.2.1 三相电路瞬时无功功率理论40-42
• 4.2.2 检测算法设计与仿真分析42-46
• 4.3 统一控制系统指令信号的产生46-52
• 4.3.1 光伏阵列并网有功电流指令信号的计算46-47
• 4.3.2 直流侧电压控制47-49
• 4.3.3 指令信号的合成49
• 4.3.4 空间矢量脉宽调制方法49-52
• 4.4 电流闭环控制策略研究52-58
• 4.4.1 比例积分控制53-55
• 4.4.2 准比例积分谐振控制55-58
• 4.5 电网电压不平衡条件下统一控制策略研究58-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 基于MATLAB的统一控制系统仿真分析63-75
• 5.1 光伏并网发电系统建模与仿真分析63-65
• 5.2 有源电力滤波器建模与仿真分析65-68
• 5.3 光伏并网发电与电能质量调节统一控制系统仿真分析68-73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果82-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

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