不对称电网故障下光伏逆变器的控制策略研究

【摘要】：光伏发电凭借零污染、成本低、太阳能资源丰富等优点,对节约常规的石化能源、缓解保护环境的压力和促进全球经济发展起了很重要的作用。随着并网光伏发电系统规模的不断增大,光伏发电系统和电网之间的相互影响日益凸现。电网发生故障,尤其是出现不对称故障时,会导致并网电流的不平衡和直流侧电压不稳定,造成馈入电网的功率发生振荡,甚至危及逆变器,影响光伏并网发电系统和电网的安全运行。因此,研究光伏发电系统在电网发生不对称故障时的运行控制技术具有实际的工程应用价值。 本文主要以提高在电网不对称故障下光伏并网逆变器持续运行的能力,将并网逆变器的输出电能质量和直流侧电压稳定性作为控制目标,从理论研究、系统建模、仿真分析三个方面,深入研究了电网不对称故障条件下光伏并网逆变器的控制技术。 首先,建立了光伏电池的数学模型,选取合适的最大功率跟踪算法,建立了基于电导增量法的光伏阵列的最大功率跟踪控制系统。其次,建立了在理想电网条件下光伏并网逆变器的数学模型,并建立了基于同步PI控制光伏并网逆变器的并网控制策略,在Matlab/Simulink环境下对理想电网下光伏逆变器的控制策略进行仿真研究。最后,建立了电网不对称故障下光伏逆变器的数学模型；分析了光伏并网逆变器的功率流、直流侧电压波动机理,网侧负序分量对光伏逆变器输出并网电流的影响。为了维持直流母线电压稳定,结合陷波器的谐振特性,提出了直流电压带陷波器的正负序双电流环控制策略。为了消除并网电流的负序分量,根据逆变器输出功率与并网电流的正、负序分量的关系式建立了抑制网侧负序电流的控制策略。在Matlab/Simulink中对本文提出的控制策略进行仿真研究,验证了所提的控制策略的有效性和可行性。 【关键词】：光伏发电 不对称故障 直流侧电压 陷波器 负序电流 THD
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 插图索引9-11
• 插表索引11-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景及意义12
• 1.2 光伏发电系统概述12-16
• 1.2.1 太阳能资源概述12-14
• 1.2.2 光伏发电系统的国内外发展现状14-15
• 1.2.3 光伏发电技术原理15-16
• 1.3 光伏发电系统控制技术的研究现状16-20
• 1.3.1 光伏发电系统的拓扑结构16-17
• 1.3.2 想电网下的光伏并网发电控制技术17-19
• 1.3.3 电网不对称故障下光伏并网发电控制技术19-20
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排20-22
• 第2章 光伏阵列的建模及最大功率跟踪算法22-29
• 2.1 光伏阵列22-24
• 2.1.1 光伏阵列的数学建模22-23
• 2.1.2 光伏阵列输出特性 #]223-24
• 2.2 光伏阵列的最大功率跟踪控制算法24-28
• 2.2.1 最大功率点跟踪控制方法24-26
• 2.2.2 基于电导增量法(INC)光伏阵列的最大功率跟踪控制及仿真26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 理想电网条件下光伏并网逆变器控制策略29-40
• 3.1 光伏并网发电系统拓扑结构29
• 3.2 光伏并网输出滤波器的拓扑结构29-30
• 3.3 基于LCL型滤波器的光伏逆变器的数学模型30-33
• 3.3.1 电路拓扑结构30
• 3.3.2 理想电网条件下光伏并网逆变器的数学建模30-33
• 3.4 基于PI控制的光伏并网逆变器的控制策略33-36
• 3.5 仿真研究36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 不对称电网故障下光伏逆变器的控制策略40-56
• 4.1 常见的电网不对称故障类型40-41
• 4.2 不对称电网故障条件下光伏并网逆变器的数学建模41-44
• 4.2.1 不对称电网故障下三相电磁量的数学描述方法41-43
• 4.2.2 不对称电网故障下光伏逆变器的数学模型43-44
• 4.3 不对称电网故障下光伏并网逆变器的特性分析44-46
• 4.3.1 不对称故电网障条件下光伏并网逆变器的功率流分析44-45
• 4.3.2 不对称电网故障条件下网侧负序电流对光伏逆变器的影响分析45-46
• 4.3.3 不对称电网故障条件下直流侧电压波动机理46
• 4.4 网侧正负序电压、电流的检测46-47
• 4.5 不对称电网故障条件下光伏逆变器持续运行的控制策略47-50
• 4.5.1 反馈直流电压带陷波器的正负序双电流环控制策略47-49
• 4.5.2 抑制网侧负序电流的控制策略49-50
• 4.6 不对称电网故障下光伏逆变器持续运行的控制策略仿真研究50-55
• 4.6.1 传统PI控制策略仿真50-52
• 4.6.2 反馈直流电压带陷波器的正负序双电流环控制策略仿真52-53
• 4.6.3 抑制网侧负序电流的控制策略仿真53-55
• 4.7 本章小结55-56
• 结论与展望56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文62

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