分布式光伏发电系统孤岛检测技术的研究

【摘要】：当前,能源危机和环境破坏已成为焦点问题,而新能源开发利用是解决这些问题的主要途径。太阳能作为一种可再生能源,其利用率也逐年增加。光伏并网发电是太阳能主要利用形式之一,而其中分布式光伏发电被认为是能够节省投资、减少电网损耗和提高电网可靠性的主要形式。孤岛检测作为分布式光伏并网逆变器必须具备的功能,其实现方法主要分为被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。被动式孤岛检测特点是盲区大和谐波小,而主动式孤岛检测特点是响应速度快和谐波大。因此,本文提出改进滑模频率偏移孤岛检测技术,用于解决孤岛检测技术的电流谐波和响应速度的兼容性。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)设计一个分布式光伏并网系统,建立光伏电池模型,包含光伏电池的数学模型和工程模型。光伏系统的前级BOOST电路采用电导增量法实现最大功率跟踪,并网逆变器采用电压外环电流内环和PI控制相结合的控制策略。(2)介绍并网逆变器的孤岛检测技术,分析孤岛效应的原理及其检测标准。以过/欠电压检测法等分析被动式孤岛检测技术特点,以滑模频率偏移检测法等分析主动式孤岛检测技术特点和以f0Q×f坐标系法等分析孤岛检测技术的不可检测区域。(3)性能优良的孤岛技术要具有在电网正常运行时逆变器输出电流谐波含量少和在电网故障后逆变器检测孤岛响应速度快的特点,但传统孤岛方法无法同时满足这两点要求。因此,本文提出一种改进的滑模频率偏移孤岛检测算法,该算法在孤岛前扰动量小,孤岛后扰动量迅速加大,同时满足了控制电流谐波含量少和检测响应速度快的要求。(4)通过与传统滑模频率孤岛检测技术对比,对改进算法的原理进行解析,分析其不可检测区域。然后采用Matlab/simulink搭建仿真模型,验证其分别在单台和多台逆变器运行条件下都同时满足孤岛前控制电流谐波含量少和孤岛后检测速度快的要求。 【关键词】：分布式光伏发电 主动式孤岛检测 改进滑模频率偏移孤岛检测技术
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的背景和意义10-12
• 1.2 分布式光伏并网的孤岛问题12-14
• 1.2.1 孤岛形成原因及危害12-13
• 1.2.2 多机并网的孤岛问题13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 用于孤岛研究的分布式光伏发电系统15-33
• 2.1 光伏电池的发电原理及其特性15-22
• 2.1.1 光伏电池的原理15-16
• 2.1.2 光伏电池的模型16-19
• 2.1.3 光伏模型的仿真19-22
• 2.2 分布式光伏系统的最大功率跟踪技术22-27
• 2.2.1 MPPT的基本原理22-24
• 2.2.2 电导增量法24-27
• 2.3 分布式光伏系统的逆变器控制策略27-32
• 2.3.1 电流内环设计27-30
• 2.3.2 电压外环设计30-31
• 2.3.3 仿真验证31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 基于并网逆变器的孤岛检测技术33-51
• 3.1 孤岛检测技术的概述33-36
• 3.1.1 孤岛检测技术原理33-34
• 3.1.2 孤岛检测的检测标准34-36
• 3.2 基于并网逆变器的被动式孤岛检测技术36-39
• 3.2.1 过/欠电压和过/欠频率检测法36-38
• 3.2.2 相角跳变检测法38-39
• 3.2.3 谐波检测法39
• 3.3 基于并网逆变器的主动式孤岛检测技术39-44
• 3.3.1 主动移频法（AFD）40-41
• 3.3.2 Sandia频率偏移法（SFS）41-42
• 3.3.3 滑模频率偏移法（SMS）42-44
• 3.4 不可检测区域（NDZ）的有效性评估44-49
• 3.4.1 由f0Q ×f坐标系描述的检测盲区44-46
• 3.4.2 由f0 normQ ×C坐标系描述的检测盲区46-49
• 3.5 多源并网系统的孤岛检测分析49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 改进滑模频率偏移孤岛检测技术51-73
• 4.1 改进滑模频率偏移孤岛检测技术的原理51-54
• 4.2 改进滑模频率偏移孤岛检测技术的有效性评估54-58
• 4.3 改进滑模频率偏移孤岛检测技术的仿真验证58-69
• 4.4.1 单台逆变器并网的仿真59-64
• 4.4.2 多台逆变器并网的仿真64-69
• 4.4 系统测试与结果分析69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 结论和展望73-75
• 1 结论73
• 2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附件81

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