三相光伏并网逆变器控制策略研究

【摘要】：随着“智能电网”概念的提出，分布式电力系统越来越受重视，光伏并网发电系统是分布式电力系统的一种重要形式，发展前景很好。逆变器技术是光伏并网发电系统的核心技术，目前，光伏逆变器的容量不断增大，逆变器并联是提高系统容量的一种有效途径，为此，本文针对并联光伏并网逆变器的控制策略进行了深入研究。 本文首先建立了并联光伏并网逆变器的平均数学模型，在此基础上设计了电流内环及电压外环。另外，为了使光伏阵列始终工作在最大功率点附近，系统采用定电压启动自适应变步长最大功率追踪策略。 并联逆变器的环流抑制策略是本文的研究重点。逆变器并联可以提高系统可靠性和效率，降低系统成本，但会带来环流问题，环流会对系统产生不利影响，增加系统损耗，使波形发生畸变，降低系统效率。本文根据零序电流在同步旋转坐标系下的数学模型，在传统PI环流抑制方法的基础上提出了一种基于前馈控制的环流抑制方法。理论分析及仿真、实验表明：当各逆变器滤波电感不相等或各模块给定电流不相等时，传统PI控制环流抑制效果较差，而本文提出的基于前馈控制的环流抑制策略不仅适用于模块均流场合，在各模块滤波电感不相等或给定电流不相等时也能取得很好的环流抑制效果。 目前越来越多的光伏发电设备被接入电网，当电网停止供电后，如果不能及时检测到该故障，就会形成孤岛效应。孤岛效应会对用户设备和工作人员的人身安全带来隐患，因此必须设法避免。本文在传统主动频率偏移的基础上，提出了一种基于无功电流扰动的主动频率偏移孤岛检测方法。仿真表明，该孤岛检测算法不仅能够有效地减小检测盲区，而且克服了传统主动频率偏移算法有功电流波动的缺点，提高了直流母线电压的稳定性，从而避免对系统最大功率追踪效率产生影响。 最后，开发研制了一套15kW的并联光伏逆变器实验室模拟平台。该平台主要由光伏阵列模拟器、功率变换器、采样系统、控制系统、上位机监控系统等几部分组成。在该平台上已完成了有功无功功率控制、无冲击并网、MPPT、孤岛检测、环流抑制等实验。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 并联 环流抑制 孤岛检测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外光伏发电发展现状10-13
• 1.2.1 国外光伏发电产业发展现状10-11
• 1.2.2 国内光伏发电产业发展现状11-13
• 1.3 光伏发电技术的研究现状及发展趋势13-19
• 1.3.1 光伏并网系统的拓扑结构13-14
• 1.3.2 光伏逆变器的控制指标14-16
• 1.3.3 光伏并网逆变器的孤岛检测技术16-18
• 1.3.4 并联光伏发电系统及其环流抑制策略18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 光伏逆变器的矢量控制策略21-36
• 2.1 引言21
• 2.2 并联三相光伏逆变器的拓扑结构21-22
• 2.3 并联三相光伏逆变器的平均模型22-28
• 2.3.1 单个桥臂的平均模型22-23
• 2.3.2 三相光伏逆变器的平均模型23-28
• 2.4 并网光伏逆变器的矢量控制策略28-31
• 2.4.1 电流环控制器28-30
• 2.4.2 电压环控制器30-31
• 2.5 最大功率追踪31-35
• 2.5.1 光伏电池的特性31-33
• 2.5.2 最大功率追踪策略33-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 并联光伏并网逆变器的环流抑制36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 环流产生的机理36-37
• 3.3 环流抑制的基本原理37-42
• 3.4 零序环流的 PI 控制方案42
• 3.5 基于前馈控制的环流抑制方案42-45
• 3.6 并联三相并网逆变器环流抑制仿真结果45-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 光伏并网逆变器孤岛检测技术49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 孤岛现象49-50
• 4.3 孤岛检测的相关标准50-52
• 4.4 基于无功扰动的 AFD 反孤岛策略52-56
• 4.5 孤岛检测的仿真结果56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 并联光伏并网逆变器平台搭建及实验结果59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 并联光伏逆变器实验平台的搭建59-63
• 5.2.1 系统硬件结构59-61
• 5.2.2 系统软件编写61-63
• 5.3 实验结果及分析63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

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