光伏并网发电系统运行控制技术研究

【摘要】：在可在生能源中,光伏发电具有广泛的应用前景和研究意义。本文在分析总结国内外光伏并网发电系统研究现状的基础上,构建了一个光伏并网发电系统实验平台,对并网运行控制策略中主要技术进行了研究。 首先,本文系统采用两级式结构,前级为双Boost变换器交错并联,后级单相H桥逆变。针对输出接L型滤波器和LCL型滤波器两种情况,对主电路硬件参数进行了分析和设计。 其次,本文确定了前级升压变换器实现最大功率点跟踪功能,后级逆变器完成直流母线稳压和并网电流控制的软件总体控制方案。对系统启动时序,最大功率点跟踪算法(MPPT),孤岛检测技术,直流母线稳压环设计,过载切换,数字锁相环,系统保护,并网电流控制等各模块主要技术进行了详细分析和设计,优化了系统性能。分析了常用MPPT算法优缺点并采用了变步长导纳增量法以满足跟踪速度和精度。分析了孤岛检测原理,使用了一种双向扰动的正反馈有源频率偏移检测算法来有效检测孤岛。对直流母线电压环进行了建模和参数设计,分析了三次谐波的引入机理,并给出了电压环分段控制策略。对过载情况进行了分析设计,对启动时序,锁相环的实现和系统保护进行了分析说明,优化系统性能。 并网电流控制部分,针对输出接L型输出滤波器的情况进行了建模和控制器设计,分析了电网电压引入的干扰并提出两种抑制思路,分析了两种措施优缺点并给出了综合控制方案。 针对输出接LCL型输出滤波器的情况,分析了LCL谐振尖峰的存在和常用的无源阻尼、有源阻尼方案。在分析分裂电容反馈控制的基础上,提出了两种控制方案。一种是基于分裂电容反馈的重复控制方案,该方案在保留分裂电容反馈控制和重复控制优点的同时,简化了重复控制补偿器的设计。一种是基于分裂电容的有源阻尼控制方案,该方案有效抑制了并网电流可能存在谐振的隐患,增强了系统鲁棒性。 最后,在前文原理分析的基础上,搭建了2kW样机和实验平台,分析了实验波形,验证了该光伏并网发电系统和控制策略的可行性。 【关键词】：光伏并网发电系统 最大功率跟踪(MPPT) 孤岛检测 LCL滤波器 电网前馈 PR控制器 分裂电容反馈 重复控制 有源阻尼控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 光伏并网发电系统概述与技术研究现状11-15
• 1.2.1 光伏并网发电系统概述11-12
• 1.2.2 技术研究现状12-15
• 1.3 课题研究的主要内容15-17
• 第2章 光伏并网发电系统结构与参数设计17-24
• 2.1 主电路结构17
• 2.2 交错并联Boost电路原理及参数设计17-19
• 2.2.1 交错并联Boost原理17-18
• 2.2.2 Boost电路参数设计18-19
• 2.3 H桥逆变电路设计19-22
• 2.3.1 直流母线电容的设计19-20
• 2.3.2 输出L型滤波器设计20-21
• 2.3.3 输出LCL滤波器设计21-22
• 2.3.4 功率器件22
• 2.4 硬件电路设计要点22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 光伏并网发电系统运行方案及控制技术24-39
• 3.1 两级式光伏发电系统总体控制策略24-25
• 3.2 系统启动时序25
• 3.3 最大功率点跟踪(MPPT)技术25-29
• 3.3.1 光伏电池输出特性25-27
• 3.3.2 MPPT原理分析27
• 3.3.3 MPPT算法27-29
• 3.4 孤岛检测技术29-32
• 3.5 并网逆变器直流母线电压控制器设计32-34
• 3.5.1 直流母线电压控制器建模32-33
• 3.5.2 电压环设计33
• 3.5.3 电压PI分段33-34
• 3.6 过载模式的切换与设计34-37
• 3.7 数字锁相环37-38
• 3.8 系统保护38
• 3.9 本章小结38-39
• 第4章 输出滤波器及并网电流控制39-54
• 4.1 基于L型输出滤波器的并网电流控制39-41
• 4.1.1 控制系统模型39-40
• 4.1.2 电流内环PI控制器设计40
• 4.1.3 数字控制延时及电流预测40-41
• 4.1.4 电流环PI分段41
• 4.2 电网电压干扰的抑制41-45
• 4.2.1 电网电压的影响41-42
• 4.2.2 电网电压前馈42
• 4.2.3 PR控制器设计42-44
• 4.2.4 基于L型输出滤波器并网电流总体控制方案选择44-45
• 4.3 基于LCL型滤波器的并网电流控制45-52
• 4.3.1 LCL的谐振尖峰及抑制45-46
• 4.3.2 基于分裂电容反馈的重复控制方案46-50
• 4.3.3 基于分裂电容反馈的有源阻尼控制方案50-52
• 4.4 控制器离散化52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 实验结果与分析54-62
• 5.1 实验平台及实验参数54-55
• 5.2 实验波形与数据55-60
• 5.3 本章小结60-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 全文工作总结62
• 6.2 后续工作展望62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 作者简历70

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