光伏并网功率调节系统的研究

【摘要】：光伏发电是利用光伏效应把太阳能直接转换成电能的新能源技术,光伏发电对于解决世界能源危机和环境问题具有重大意义。然而,随着我国工业化进程的加快,大量的非线性和冲击性负载随之涌现,由这些负载所产生的谐波及无功电流使得电能质量日益恶化。本文通过对光伏逆变器和有源电力滤波器(APF)的工作原理、拓扑结构和控制策略的比较,研究了对两者实施统一控制的思想。在现有的光伏并网发电系统的基础上进行了功能拓展,使该系统能同时具备光伏并网发电、无功及谐波补偿的功能。本文主要研究内容如下： 1)针对该系统,深入研究了基于瞬时无功功率理论的常用的谐波电流检测方法。在ip-iq谐波电流检测方法的基础上,将并网电流叠加到补偿谐波电流上,从矢量角度出发,提取负载电流的基波正序有功分量,结合电压外环的指令电流,最后得到指令电流。 2)详细分析了该系统的控制策略,包括电流内环和电压外环的双闭环控制策略。对于电流内环,提出了两种常用的跟踪控制：滞环比较控制和三角波比较控制。对直流侧电压采用基于功率守恒的电压闭环控制。然后在给出太阳能电池数学和电路等效模型的基础上,介绍了最大功率点跟踪(MPPT)的重要性和跟踪原理,给出了两种常用的MPPT控制方法。对孤岛效应也做了相关分析,包括孤岛效应的危害、检测方式和应对策略。 3)研究了光伏并网功率调节系统的电路拓扑结构。分析了多种并网逆变器的电路,给出了它们的使用优缺点,提出了采用BOOST的DC/DC电路和电压型DC/AC三相逆变器组合的二级式并网系统。研究了BOOST电路的结构和工作原理。设计了并网电抗和直流侧储能电容的参数,计算出它们在电路正常工作时对应的取值范围。 4)本文在MATLAB/Simulink环境下对所研究的系统进行建模和仿真。分别对包括系统的光伏电池在内的MPPT功能、并网发电功能和APF功能进行仿真分析。然后对光伏并网与功率调节的统一控制仿真,仿真结果证明了该系统结构及控制策略的可行性和正确性。 【关键词】：功率因数 有源滤波器 光伏并网 瞬时无功理论 MATLAB/Simulink
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM73
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 光伏发电技术的研究现状10-13
• 1.1.1 国外光伏发电研究现状10-12
• 1.1.2 我国光伏发电研究现状12-13
• 1.2 功率因数调节系统13-16
• 1.2.1 谐波和无功功率的产生及其危害13-15
• 1.2.2 有源滤波技术15
• 1.2.3 无功补偿技术15-16
• 1.3 论文主要研究工作16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 光伏并网功率调节系统的理论分析18-31
• 2.1 光伏发电系统运行模式18-20
• 2.1.1 独立运行模式18
• 2.1.2 并网运行模式18-19
• 2.1.3 混合型光伏发电系统19-20
• 2.2 光伏并网系统20-22
• 2.2.1 光伏并网系统结构20-21
• 2.2.2 光伏并网系统工作原理21-22
• 2.3 有源滤波技术(APF)22-23
• 2.4 静止同步补偿器(STATCOM)23-26
• 2.5 光伏并网系统与APF的电路比较26-27
• 2.6 光伏并网功率调节系统控制策略27-30
• 2.6.1 光伏并网功率调节系统理论分析27-28
• 2.6.2 基于向量图的状态分析28-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 谐波和无功电流检测及并网电流合成31-40
• 3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法31-35
• 3.1.1 瞬时无功功率理论31-33
• 3.1.2 pq谐波电流检测方法33-34
• 3.1.3 ip-iq谐波电流检测方法34-35
• 3.2 指令电流产生方法35-38
• 3.3 本章小结38-40
• 第4章 光伏并网功率调节系统的控制策略40-52
• 4.1 控制原理40-41
• 4.2 直流侧电压闭环控制41-42
• 4.3 电流闭环控制42-44
• 4.3.1 电流跟踪控制方法42-44
• 4.4 光伏最大功率点跟踪(MPPT)控制44-49
• 4.4.1 光伏电池的原理和特性44-46
• 4.4.2 最大功率点跟踪算法46-49
• 4.5 孤岛效应49-51
• 4.5.1 孤岛效应原理49-50
• 4.5.2 孤岛检测方法50-51
• 4.5.3 孤岛效应的应对51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 光伏并网功率调节系统的电路和相关参数设计52-64
• 5.1 逆变电路设计52-54
• 5.2 BOOST电路设计54-57
• 5.3 光伏并网功率调节系统结构57-59
• 5.4 并网电抗和直流侧储能电感参数设计59-63
• 5.4.1 并网电抗的设计59-62
• 5.4.2 直流侧储能电容的设计62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第6章 光伏并网功率调节系统仿真64-71
• 6.1 系统建模仿真64-65
• 6.2 仿真结果分析65-69
• 6.2.1 光伏电池和MPPT仿真65-67
• 6.2.2 光伏并网功能仿真67
• 6.2.3 APF功能的仿真67-69
• 6.3 光伏并网与功率调节的统一控制仿真69-70
• 6.4 本章小结70-71
• 第7章 总结与展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文77

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