融合电能质量控制的光伏逆变技术研究

【摘要】：随着全球工业化进程的持续加快，能源紧缺、环境污染和气候变暖等诸多问题变得日益突出。在众多新能源产业中，光伏发电由于其自身特性而一枝独秀。然而，由于受天气变化、昼夜交替、太阳能能量密度低和系统稳定性差等诸多客观条件的制约，光伏并网系统的实际有效利用率很低。与此同时，随着我国工业化进程的加快，配电系统中各类非线性、冲击性以及不平衡用电设备在各行各业被广泛使用[1]。这些负载消耗无功产生谐波，严重污染了电网，降低了电能质量，而类似IT、医疗以及微电子等这样现代高精密行业对电能质量的要求却越来越高。传统无源滤波设备早已显得力不从心，在此背景下，对有源电力滤波器（APF)的研究同样意义重大。 针对以上问题，本文对光伏并网发电系统和APF在系统结构、控制方法和使用功能等方面都进行了比较分析，对涉及到的主要技术进行了相应的理论和实验验证，发现二者在很多方面有着相同之处，由此推断对二者实施统一控制具有可行性。以此为基础，将光伏并网发电系统和APF作为研究对象，在硬件拓扑结构和软件控制方法上进行适当拓展，并实施统一控制，使系统在光伏并网发电的同时，能够对电网中的无功和谐波进行有效补偿，实现光伏并网发电与有源滤波的融合。统一控制系统不仅扩展了原有系统功能，提高设备利用率，节省单独配置APF额外花费的硬件投入。 文章分析了光伏发电技术当前的发展现状与不足，指出了本文选题的目的与意义。对比分析了光伏并网发电系统和并联型APF的基本拓扑结构和工作原理，建立了统一控制仿真模型。在电流检测部分，采用基于瞬时无功功率的ip-iq方法，对被测电流中有功、无功和谐波实现检测与分离。之后，针对如何实现各电流分量的综合控制，本文提出了控制决策表这一新颖的控制思路，兼顾了并网逆变器的有功输出和无功、谐波补偿能力等客观因素，能够根据负载和电网的不同状态而准确灵活地调整各控制量的大小及其相应组合，适时选择并网发电或者进行有源滤波，充分利用光伏并网系统的设备容量，提高设备利用率。 最后，在MATLAB/Simulink环境下对上述系统建模仿真，验证了本控制策略的有效性和正确性，且效果显著。 【关键词】：光伏并网系统 APF 统一控制 瞬时无功功率理论 控制决策表
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 选题的背景9-10
• 1.2 光伏产业的发展与现状10-12
• 1.3 光伏并网发电技术12-16
• 1.3.1 光伏并网发电系统的分类12-13
• 1.3.2 并网逆变技术13-15
• 1.3.3 光伏并网技术的发展趋势15-16
• 1.4 无功、谐波对电能的影响及解决办法16-20
• 1.4.1 无功、谐波的定义16-17
• 1.4.2 无功、谐波的产生及危害17
• 1.4.3 电能质量的定义17-18
• 1.4.4 电能质量的治理18-19
• 1.4.5 APF的发展趋势19-20
• 1.5 光伏发电系统存在的不足20-21
• 1.6 选题目的与意义21
• 1.7 本章小结21-22
• 第二章 光伏并网发电系统与APF的统一控制基础22-27
• 2.1 光伏并网发电系统结构与控制原理22-23
• 2.2 APF结构与控制原理23-24
• 2.3 光伏并网发电系统与APF的对比分析24-25
• 2.4 光伏并网发电系统与APF的统一控制策略25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 无功与谐波的检测27-35
• 3.1 谐波电流检测方法概述27-28
• 3.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法28-32
• 3.2.1 瞬时无功功率理论28-30
• 3.2.2 p-q检测法与i_p-i_q检测法30-32
• 3.3 本系统采用的检测方法32-33
• 3.4 仿真研究33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 光伏并网发电系统与APF的统一控制研究35-45
• 4.1 指令电流的生成35-38
• 4.1.1 控制决策表35-37
• 4.1.2 指令电流合成37-38
• 4.2 统一控制系统原理图38-40
• 4.3 直流侧电压控制40-42
• 4.3.1 直流侧电容的选择41-42
• 4.3.2 仿真研究42
• 4.4 交流测电感的选择42-43
• 4.5 本章小结43-45
• 第五章 仿真实验与分析45-51
• 5.1 统一控制系统仿真模型45
• 5.2 仿真研究分析45-50
• 5.2.1 分别进行有源滤波和光伏并网发电的仿真分析45-46
• 5.2.2 分别补偿无功和谐波的仿真分析46-48
• 5.2.3 分别在重载和轻载情况下的仿真分析48-50
• 5.3 本章小结50-51
• 第六章 总结与展望51-53
• 6.1 总结51-52
• 6.2 后续课题研究的思考与展望52-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录一：统一控制系统仿真图57-58
• 附录二：决策表主程序58-61
• 附录三：硕士期间公开发表的论文61

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