光伏并网发电和无功补偿综合控制技术研究

【摘要】：随着能源紧缺、环境污染等问题的日益严峻，清洁的可再生能源的开发和利用引起了全球范围内的重视。近年来太阳能光伏并网发电作为太阳能资源有效利用的重要方式之一，已经取得了飞速的发展。然而随着大量的发电装置并网发电，电能中含有大量的谐波造成了并网点的电网电压和电流畸变。这会影响电网的电能质量是一种污染。本文提出了一种新的光伏并网系统，根据光伏逆变器主电路拓扑的特点，研究光伏发电并网控制、无功补偿和有源滤波有效结合的光伏并网发电系统，而且系统在发电的同时还对电网无功和谐波补偿或抑制，从而提高电能质量。 在光伏并网发电控制方面，研究光伏逆变器的拓扑结构和并网控制，太阳能电池最大功率点跟踪算法，谐波检测与抑制，孤岛检测和无功电流检测。本文的重点是瞬时无功功率补偿和谐波抑制，最大功率点跟踪技术，孤岛检测技术，以实现光伏发电和无功功率补偿的统一控制。光伏发电根据最大功率点跟踪，分析光伏阵列在不同的温度与日照强度下，太阳能电池的输出功率与V-I特性是强非线性的。 本文提出了功率前馈变步长控制扰动观测MPPT的改进方法。对于孤岛检测问题，建立了基于电压正反馈和频率正反馈孤岛检测方法的数学模型。依据瞬时功率理论基础的方法，进行无功补偿控制策略和谐波电流检测方法的研究。设计光伏发电控制系统，最终研制了系统实验样机。 光伏并网发电系统即可以提供有功功率，也可以进行无功功率补偿和抑制谐波。通过系统仿真和实验研究验证了系统方案是有效和可行的。 【关键词】：光伏并网发电 无功补偿 最大功率点跟踪 孤岛检测 谐波抑制
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM761.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 光伏发电应用现状11-12
• 1.3 光伏并网技术国内外研究现状12-22
• 1.3.1 光伏并网发电系统分类13-15
• 1.3.2 光伏并网系统最大功率点跟踪15-16
• 1.3.3 孤岛效应检测16-19
• 1.3.4 无功检测与补偿控制19-21
• 1.3.5 谐波电流检测与抑制21-22
• 1.4 课题主要研究内容22-24
• 第二章 光伏并网逆变器拓扑结构与建模24-34
• 2.1 引言24
• 2.2 光伏并网发电系统对逆变器的要求24-25
• 2.2.1 电网对逆变器的要求25
• 2.2.2 光伏阵列模块对逆变器的要求25
• 2.3 并网逆变器拓扑结构25-27
• 2.3.1 单级式并网逆变器拓扑25-26
• 2.3.2 两级式并网逆变器拓扑26
• 2.3.3 多级式并网逆变器拓扑26-27
• 2.4 逆变器建模与控制模式分析27-32
• 2.4.1 开关模型27-28
• 2.4.2 平均模型28-31
• 2.4.3 控制模式分析31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 光伏阵列特性分析和最大功率跟踪算法研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 光伏阵列特性分析34-37
• 3.2.1 光伏阵列等效模型34-35
• 3.2.2 特性分析35-37
• 3.3 最大功率点跟踪算法分析37-40
• 3.3.1 传统的扰动观测法38
• 3.3.2 一种改进的扰动观测法分析38-40
• 3.4 仿真研究40-45
• 3.4.1 太阳能模块串并联对I-V特征影响41-42
• 3.4.2 辐射和温度对I-V特征的影响42-43
• 3.4.3 MPPT仿真分析43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 孤岛效应检测技术研究46-60
• 4.1 引言46-47
• 4.2 孤岛检测技术标准及特性分析47-50
• 4.2.1 孤岛检测技术标准47-48
• 4.2.2 孤岛效应特性分析48-50
• 4.3 基于dq变换的正反馈方法分析50-54
• 4.3.1 电压正反馈51-52
• 4.3.2 频率正反馈52-54
• 4.4 仿真研究54-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 光伏并网无功补偿技术研究60-82
• 5.1 引言60
• 5.2 瞬时无功功率理论分析60-65
• 5.3 基于p-q法的无功补偿控制分析65-70
• 5.3.1 逆变器输出电压和电流控制65-67
• 5.3.2 逆变器输出无功功率控制67-69
• 5.3.3 逆变器输出有功功率控制69
• 5.3.4 参考电流控制69-70
• 5.4 仿真研究70-81
• 5.4.1 逆变器并网工作分析72-75
• 5.4.2 逆变器无功补偿分析75-77
• 5.4.3 逆变器谐波电流补偿分析77-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第六章 光伏并网逆变器实验装置设计82-100
• 6.1 引言82
• 6.2 数字信号控制板设计82-89
• 6.2.1 主控器选型82-83
• 6.2.2 CPLD功能设计83-86
• 6.2.3 外围通信模块86-87
• 6.2.4 EEPROM存储模块87-88
• 6.2.5 外部RAM存储模块88
• 6.2.6 其它功能模块88-89
• 6.3 信号采集和调理电路设计89-93
• 6.3.1 电压、电流传感器选型90
• 6.3.2 电压、电流测量电路90-91
• 6.3.3 断相保护测量电路91
• 6.3.4 模拟信号调理电路91
• 6.3.5 继电器保护电路91-93
• 6.4 光伏并网逆变器实验装置93-94
• 6.5 最大功率点跟踪实验研究94-95
• 6.6 无功补偿实验研究95-96
• 6.7 谐波电流补偿实验研究96-98
• 6.8 本章小结98-100
• 第七章 结论100-102
• 7.1 课题主要研究工作100-101
• 7.2 创新点101
• 7.3 进一步的研究工作101-102
• 参考文献102-114
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果114-116
• 致谢116

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