大功率光伏并网逆变器控制策略研究

【摘要】：摘要：作为21世纪的重要代替能源之一,光伏发电因其具有资源丰富、无污染、可实现建筑一体化等优点,正得到越来越广泛的开发应用。但由于光伏发电是一种间歇性能源,在并网应用中仍有许多技术问题亟待解决,尤其是大功率光伏并网系统,对电力系统的影响已不可忽略。因此,本文基于单级式大功率光伏并网逆变器,对其控制策略进行了分析研究,并通过仿真和实验对采用的控制策略进行了验证。 论文首先对光伏电池进行了数学建模,并基于MATLAB/Simulink搭建了单峰值及多峰值输出特性的仿真模型,提出了一种梯度式变步长扰动观察法可有效解决常规扰动给观察法在稳态和动态性能间的矛盾,在上述扰动观察法基础上加入了功率预测算法可消除扰动观察法存在的误判问题。进而,加入了全局扫描思想实现了对多峰值特性下的全局最大功率点跟踪。最后通过仿真对上述算法进行了验证。建立了三相两电平并网光伏逆变器的数学模型,推导了基于通用矢量的坐标变换,构建的基于电流前馈解耦的双闭环控制,使用LCL滤波器推导并使用了基于电容电流前馈的有源阻尼控制策略,并通过仿真进行验证。 研究了三相电网不平衡对并网光伏逆变器的影响,提出了采用并网电流平衡的控制策略,基于陷波器处理的正负序分离技术采用了双电流环闭环的控制策略,并改进常用的dq轴软件锁相技术使控制系统能稳定锁准正序电压的基波分量以达到稳定锁相的目的。通过仿真对上述控制算法进行验证。 对孤岛效应发生机理进行了研究,针对并联LCR负载,对常用的主动防孤岛策略进行了分析,在此基础上采用无功功率扰动的防孤岛检测方法,对无功功率扰动范围以及扰动周期进行了分析并通过仿真验证了无功功率扰动算法的有效性。 对并网逆变器的主电路相关参数设计,并对控制系统的硬件配置及软件中断程序进行了叙述。最后,为了验证该系统的性能,根据“金太阳”CGC/GF001:2009标准中规定的要求进行测试。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 LCL滤波器 MPPT 孤岛效应
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 光伏发电的背景及意义9
• 1.2 光伏发电的国内外发展现状9-10
• 1.3 光伏发电系统及其控制技术研究现状10-19
• 1.3.1 光伏发电系统的分类10-14
• 1.3.2 光伏发电控制技术分类14-19
• 1.4 论文的主要工作19-21
• 2 光伏电池数学模型建立及MPPT控制策略的研究21-38
• 2.1 光伏阵列的数学模型建立及多峰值特性分析21-24
• 2.1.1 光伏阵列的数学模型建立21-23
• 2.1.2 复杂环境下多峰值特性分析23-24
• 2.2 基于MATLAB的光伏阵列建模与仿真24-29
• 2.2.1 500kW光伏阵列建模与仿真24-27
• 2.2.2 光伏阵列多峰值特性的建模与仿真27-29
• 2.3 光伏阵列的MPPT控制策略研究29-37
• 2.3.1 常用MPPT控制策略比较29-33
• 2.3.2 变步长扰动观察法的实现33-35
• 2.3.3 功率预测算法35-36
• 2.3.4 多峰值MPPT算法的实现36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 三相单级式光伏逆变器并网控制策略研究38-67
• 3.1 并网逆变器的数学模型38-44
• 3.2 光伏逆变器并网电流常规控制策略44-50
• 3.2.1 并网逆变器的主电路拓扑45-46
• 3.2.2 并网电流常规控制策略46-50
• 3.3 LCL滤波器有源阻尼控制策略50-53
• 3.4 电网不平衡时的并网电流平衡控制策略53-60
• 3.4.1 三相不平衡概述53-54
• 3.4.2 并网电流平衡控制策略54-57
• 3.4.3 正负序分离技术57
• 3.4.4 锁相环设计57-59
• 3.4.5 基于双电流闭环控制的LCL有源阻尼控制策略59-60
• 3.5 三相并网逆变器建模及并网电流控制策略仿真60-66
• 3.5.1 电网平衡条件下的逆变器建模及并网电流控制策略仿真60-64
• 3.5.2 电网不平衡时的并网电流平衡控制策略建模与仿真64-66
• 3.6 本章小结66-67
• 4 光伏并网系统的防孤岛效应检测方法研究67-74
• 4.1 孤岛效应概述67-68
• 4.2 常用的孤岛效应检测方法68-71
• 4.2.1 被动式检测法69
• 4.2.2 主动式检测法69-71
• 4.3 基于无功功率扰动的主动式检测方法研究71-73
• 4.3.1 负载品质因数定义71-72
• 4.3.2 基于无功功率扰动的主动式检测方法实现原理72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 500kW大功率光伏发电并网系统设计和逆变器控制策略实验研究74-86
• 5.1 主电路硬件参数设计74-79
• 5.2 并网逆变器控制系统设计79-83
• 5.2.1 控制系统硬件设计79-80
• 5.2.2 控制系统软件设计80-83
• 5.3 实验与结果分析83-85
• 5.4 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-92
• 附录92-93
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文93-94
• 致谢94

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