光伏并网功率调节系统及其控制的研究

【摘要】：随着全球范围内能源紧缺和安全问题的日益突出,可再生能源的利用引起广泛的重视。大规模光伏并网发电是充分利用太阳能的一种有效方式,而光伏并网发电中的功率调节、电能质量、电压稳定和无功补偿问题一直是人们关注的热点问题。光伏并网功率调节系统PVPC(Photovoltaic grid-connected Power Conditioner)利用光伏并网逆变主电路的特点,将光伏并网的发电控制与无功补偿、有源滤波相结合,在有效地进行光伏并网发电的同时,还可以对电网中的无功和谐波进行补偿或抑制,进而提高电网供电质量和能力,并减少线路损耗,该系统的使用可以节省相应设备的投资,拓宽了光伏并网发电的应用范围,具有广阔的发展前景。 文中深入研究PVPC的理论、拓扑结构、太阳电池最大功率点跟踪、谐波及无功电流检测、并网功率的控制和孤岛效应的识别等,研制容量为30KVA的光伏并网功率调节系统样机,在光伏并网逆变器的设计和控制、瞬时无功补偿和谐波抑制、最大功率跟踪和孤岛效应识别等关键技术领域均获得满意成果,很好地实现了光伏并网发电与无功补偿的统一控制。 本文的主要研究内容有: 一、PVPC系统的拓扑结构 深入分析光伏并网逆变器和有源电力滤波器拓扑结构的特点,结合并联型APF控制原理,提出了具有无功补偿功能的三相PVPC拓扑结构,建立PVPC在三相静止坐标系下的数学模型,分析了PVPC的工作机理和动态特性。 设计光伏并网功率调节器的主电路,对交流侧并网滤波电抗器和直流侧储能电容的选择提出了基于工程设计的计算方法,并详细分析了主电路结构参数对系统性能的影响。 二、瞬时无功和谐波电流的检测和控制 根据瞬时无功功率理论,提出了基于DSP数据处理器的瞬时无功和谐波电流的在线检测算法,有效的无功补偿和谐波抑制功能,系统实验表明,无功补偿和谐波抑制的效果良好,反应迅速。 三、系统的最大功率跟踪 光伏阵列的V-I特性与温度和日照强度有关且具有强烈的非线性,其最大功率的跟踪控制一直是光伏系统技术研究的重要内容之一,本文在深入分析了影响最大功率跟踪效果的几种可能原因,研究常规的PO法和IncCond法之间的本质联系,针对这两种方法都无法避免 【关键词】：光伏并网 无功补偿 有源滤波 最大功率跟踪 孤岛效应 群控系统
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM615
【目录】：

• 第一章 绪论17-26
• 1．1 国内外太阳能发电利用17-19
• 1．1．1 国外光伏发电的发展17-18
• 1．1．2 国内光伏发电的应用前景和展望18-19
• 1．2 光伏并网发电技术的研究现状19-20
• 1．3 并网发电对电力系统的影响20-21
• 1．3．1 有源电力滤波器20-21
• 1．3．2 光伏并网功率调节21
• 1．4 论文的主要工作21-26
• 第二章 光伏并网功率调节系统的理论研究26-42
• 2．1 PVPC的工作原理及拓扑结构26-27
• 2．1．1 PVPC的工作原理26-27
• 2．1．2 PVPC的拓扑结构27
• 2．2 PVPC的数学建模27-35
• 2．2．1 abc静止坐标系下的模型28-29
• 2．2．2 基于相量图的状态分析29-30
• 2．2．3 系统的动态结构图30-31
• 2．2．4 系统参数影响及电网扰动的补偿31-35
• 2．3 PVPC主电路参数设计35-39
• 2．3．1 并网电抗的工程设计35-38
• 2．3．2 直流侧电容的计算与选型38-39
• 2．4 本章小结39-42
• 第三章 无功电流瞬时检测及并网功率的合成42-63
• 3．1 负载电流瞬时无功分量及谐波测量42-47
• 3．1．1 瞬时无功与谐波电流检测42-46
• 3．1．2 电网电压同步信号的获取46-47
• 3．2 光伏阵列最大功率跟踪47-57
• 3．2．1 光伏阵列输出功率的变化规律47-50
• 3．2．2 最大功率跟踪原理50-51
• 3．2．3 两种MPPT方法51-55
• 3．2．4 二次电导增量法MPPT55-57
• 3．3 并网指令电流合成57-58
• 3．4 本章小结58-63
• 第四章 PVPC系统的电流和电压控制63-82
• 4．1 逆变电流相位变换63-66
• 4．2 交流电流跟踪控制66-72
• 4．2．1 电流环结构的简化66-67
• 4．2．2 比例控制67-68
• 4．2．3 广义积分PI控制68-72
• 4．3 死区的影响及其补偿72-76
• 4．3．1 死区的产生及其对电压波形的影响72-74
• 4．3．2 采用电流反馈的死区补偿74-76
• 4．4 系统的直流电压控制76-79
• 4．5 本章小结79-82
• 第五章 孤岛效应研究82-94
• 5．1 孤岛效应及其危害82-83
• 5．2 孤岛效应的分析与判断83-88
• 5．2．1 负载对特性对孤岛节点电压的影响83-87
• 5．2．2 公共节点电压判断87-88
• 5．3 孤岛效应主动识别方式的改进88-91
• 5．3．1 主动频率偏移AFD88-89
• 5．3．2 频差相移AFD实现89-91
• 5．4 本章小结91-94
• 第六章 大规模光伏并网的群控94-104
• 6．1 国内外大规模光伏并网的应用94-95
• 6．2 大规模光伏并网结构设计95-98
• 6．2．1 总体设计原则95-96
• 6．2．2 公共直流母线独立运行方式96-97
• 6．2．3 基于CAN总线的中央集控方式97
• 6．2．4 基于CAN总线的主从控制方式97-98
• 6．3 群控系统的主从控制方式98-102
• 6．3．1 固定主从FMS(Fixed Master/Slave)模式98-100
• 6．3．2 循环主从FMS(Rotating Master/Slave)模式100-102
• 6．4 本章小结102-104
• 第七章 PVPC装置的研制及实验研究104-119
• 7．1 控制系统设计104-110
• 7．1．1 数字信号处理器TMS320LF2407A特点105
• 7．1．2 控制系统硬件组成105-109
• 7．1．3 远程监控的实现109-110
• 7．2 并网调节系统的工程建设110-111
• 7．3 实验研究与分析111-117
• 7．3．1 并网电流的跟踪控制111
• 7．3．2 自动运行及最大功率跟踪111-113
• 7．3．3 孤岛效应识别测试113-114
• 7．3．4 无功补偿响应特性测试114-117
• 7．4 本章小结117-119
• 第八章 结束语及今后工作展望119-121
• 8．1 研究工作总结119
• 8．2 今后的展望119-121
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文121

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