具有有源滤波功能的光伏并网控制策略研究

【摘要】：随着我国可持续发展理念的提出，为了缓解能源危机和解决环境问题，已逐步重视对新型能源的研究。其中，太阳能作为一种新型无污染的可再生能源，现阶段已被各国广泛用于光伏发电这一新兴领域。作为分布式发电方式的太阳能并网发电不仅能够节约能源、保护环境，而且有源电力滤波技术的利用还可以提高整个电网系统的效率，对国家经济的可持续发展有着重大意义。 本文总结分析了光伏电池的电路等效模型及工程应用等效数学模型，并在此基础上介绍了光伏电池中MPPT的工作原理及其常用的三种算法。分析了光伏电池的设计原则，即通过光伏电池的串并联来增加输出电压和电流，以达到并网要求。本文还详细分析了光伏并网发电系统的数学物理模型，建立了系统在坐标系和坐标系下的动态高频、低频及控制模型，以更好地对控制策略进行研究。着重分析了三种应用场合中滤波器参数值的设计原则，为搭建仿真模型及进行仿真实验研究奠定了基础。 分析了光伏并网发电系统和有源滤波装置(Active Power Filter,APF)的工作原理，由于两者自身功能的单一性，而导致逆变器利用率低且成本较高。通过对比分析两者在电路结构和控制方法上的相似之处，提出了具有APF功能的光伏并网发电系统。在光伏并网发电系统原有电路结构基础上，对其功能加以扩展，使其具备既能进行光伏并网发电又能抑制电网谐波和无功电流的双重功能，这一功能大大提高了设备利用率，进而节约了成本。 本文还研究了光伏并网发电系统在坐标下的控制策略，在该控制策略中，通过对其系统电路中解耦后的电压和电流进行全程跟踪控制，然后采用电流型的SVPWM调制方式进行并网。研究了瞬时功率理论下的具有APF功能的光伏并网，该控制策略将光伏发出的最大有功功率变换为最大有功电流之后，将其与瞬时谐波检测模块测量的谐波无功电流进行求和，求和后的电流作为参考电流，并通过滞环比较方式进行并网。接着又研究了在坐标下的具有APF功能的光伏并网，这一控制策略是将光伏发出的最大功率变换为可并网轴电流分量之后，将其与瞬时谐波检测模块测量的谐波无功、轴电流分量对应求和，然后将求和后的电流作为参考电流量来控制逆变器。 最后，在MATLAB/SIMUlink平台上，搭建了光伏电池的工程等效模型，根据这一模型和事先确定的各部分电路的参数，又搭建了上述三种控制策略所对应的仿真模型，并验证了这些控制策略的正确性和可行性，证明了其具有良好的并网波形和补偿谐波和无功电流的能力。 【关键词】：数学模型 光伏并网发电系统 有源滤波 谐波和无功电流 控制策略
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及研究的意义9-10
• 1.2 光伏并网发电系统的研究现状10-13
• 1.2.1 拓扑结构的研究现状10-12
• 1.2.2 控制方法的研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-14
• 第二章 太阳能并网发电系统的设计方法14-43
• 2.1 太阳能电池的模型及其控制方法14-25
• 2.1.1 太阳能电池的模型14-18
• 2.1.2 MPPT 的控制方法18-24
• 2.1.3 太阳能电池的设计方法24-25
• 2.2 太阳能并网发电系统的数学模型25-36
• 2.2.1 三相静止坐标系下的太阳能并网发电系统模型26-30
• 2.2.2 两相坐标系下的太阳能并网发电系统模型30-36
• 2.3 LCL 型滤波器的参数设计36-41
• 2.3.1 光伏并网中滤波器参数值的确定原则36-38
• 2.3.2 APF 中滤波器的设计原则38-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 APF 在光伏并网发电系统中的应用43-50
• 3.1 APF 的工作原理43-45
• 3.2 光伏并网发电系统的工作原理45-46
• 3.3 APF 和太阳能并网发电相结合的工作原理46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 光伏发电系统的控制策略50-61
• 4.1 dq 坐标下的光伏并网控制策略50-53
• 4.1.1 直流侧电压控制51
• 4.1.2 交流侧电压电流控制51-53
• 4.2 瞬时功率理论下光伏并网的控制策略53-57
• 4.2.1 谐波无功电流检测控制54-56
• 4.2.2 MPPT 直接控制56-57
• 4.3 APF 和光伏发电相结合的控制策略57-60
• 4.3.1 谐波电流检测原理57-58
• 4.3.2 最大功率注入的控制58-59
• 4.3.3 滞环比较输出环节的控制59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 仿真分析61-74
• 5.1 dq 坐标下的光伏并网系统61-63
• 5.1.1 仿真平台建立61-62
• 5.1.2 仿真与分析62-63
• 5.2 瞬时功率理论下的太阳能并网发电系统63-68
• 5.2.1 仿真平台建立64
• 5.2.2 仿真分析64-68
• 5.3 具有 APF 功能的太阳能并网发电系统68-72
• 5.3.1 仿真平台的建立69-70
• 5.3.2 仿真结果和分析70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-82
• 个人简历 攻读硕士期间发表的学术论文82-83
• 致谢83-84

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