光伏发电并网控制与孤岛检测方法的匹配研究

【摘要】：21世纪以来,能源短缺和传统化石能源消耗所带来的环境问题已成为限制人类社会可持续发展的两大主要因素。从解决能源短缺和环境问题的角度来考虑,由清洁型可再生能源全面取代化石能源是大势所趋。光伏(Photovoltaic简称PV)发电作为太阳能开发利用的主要形式,已成为清洁型可再生能源领域的主要研究课题。由于调整能源消费结构的需求和光伏发电技术的长足进步,使得光伏发电并网系统迅猛发展。其中,并网控制策略和孤岛效应检测作为光伏发电并网系统的核心部分而受到广泛关注。因不同的并网控制策略与不同的孤岛检测方法结合使用,孤岛效应检测时间和输出电能质量均有所不同。所以,本文针对并网控制策略和孤岛检测方法之间的影响进行匹配研究,并进行横向比较分析得出匹配结果表。首先分析了并网控制策略的研究现状,在此基础上对双闭环控制、滞环控制和改进型滞环控制三种并网控制策略的数学模型进行了深入的理论研究,并在Matlab/Simulink环境中搭建了上述三种并网控制策略的仿真模型进行仿真分析。由仿真结果反映出在相同的情况下,上述三种并网控制策略都可以满足并网要求,其中滞环控制并网电流中高次谐波含量高,且总的谐波畸变率较高,双闭环控制的谐波畸变率最低。然后,详细介绍了国内外孤岛检测的相关技术标准和孤岛检测方法的分类,并具体分析了其中三种孤岛检测方法的原理。本文的重点是在Matlab/Simulink中搭建了三种并网控制策略分别与三种孤岛检测方法的匹配仿真模型进行仿真研究,通过仿真结果得出:不宜单独采用过欠电压检测作为孤岛检测方案,应结合其他孤岛检测方法共同使用;并网控制策略与主动孤岛检测方法匹配结果表和相应的结论。文章基于TMS320F2812搭建了并网实验平台,并对采样与过零点检测电路进行了改进,使其所捕获波形的上升沿和下降沿较为理想。同时,设计了逆变器主电路、控制单元、驱动单元等硬件电路和系统软件,并对实验结果进行了简要分析,验证了光伏并网逆变器硬件电路设计及电流闭环控制的可行性。 【关键词】：光伏发电 并网控制策略 孤岛检测方法 匹配 并网实验平台
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 太阳能的应用前景10-11
• 1.1.2 孤岛效应11
• 1.2 光伏发电并网系统与孤岛检测技术的发展现状11-15
• 1.2.1 光伏发电并网系统发展现状11-13
• 1.2.2 孤岛检测技术发展现状13-15
• 1.3 选题意义15-16
• 1.4 本文的主要内容16-19
• 第二章 并网控制策略的研究与仿真分析19-37
• 2.1 逆变器控制原理19-20
• 2.2 双闭环控制原理与仿真分析20-28
• 2.2.1 双闭环控制原理20
• 2.2.2 并网逆变器双闭环控制系统设计20-23
• 2.2.3 最大功率点跟踪（ MPPT ）控制23-24
• 2.2.4 仿真分析24-28
• 2.3 滞环控制原理与仿真分析28-32
• 2.3.1 滞环控制原理28-30
• 2.3.2 仿真分析30-32
• 2.4 改进型滞环控制原理与仿真分析32-36
• 2.4.1 改进型滞环控制原理32
• 2.4.2 仿真分析32-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 孤岛效应检测方法37-45
• 3.1 孤岛效应概述37-39
• 3.1.1 孤岛效应发生机理37-38
• 3.1.2 孤岛效应的危害38
• 3.1.3 孤岛效应检测标准38-39
• 3.2 孤岛检测方法39-44
• 3.2.1 被动式孤岛检测40-41
• 3.2.2 主动式孤岛检测41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 并网控制策略与孤岛检测方法的匹配研究45-59
• 4.1 并网控制策略与被动式孤岛检测的匹配研究45-48
• 4.2 并网控制策略与主动式孤岛检测的匹配研究48-57
• 4.2.1 双闭环控制与主动式孤岛检测48-51
• 4.2.2 滞环控制与主动式孤岛检测51-54
• 4.2.3 改进型滞环控制与主动式孤岛检测54-57
• 4.3 并网控制策略与孤岛检测方法的匹配结果分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 光伏并网逆变器设计59-75
• 5.1 系统总体设计59-60
• 5.2 系统硬件电路设计60-68
• 5.2.1 DSP开发平台介绍60-62
• 5.2.2 逆变主电路参数设计62-64
• 5.2.3 驱动电路设计64-65
• 5.2.4 信号采样电路与过零点检测电路设计65-68
• 5.2.5 PCB设计68
• 5.3 DSP软件设计68-70
• 5.3.1 DSP主程序和中断服务子程序设计68-69
• 5.3.2 锁相程序设计69-70
• 5.4 实验结果分析70-73
• 5.5 本章小节73-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 工作总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83-85
• 附录85-91

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