光伏逆变器电压型并网控制策略研究

【摘要】：社会经济的突飞猛进,造成化石能源的急剧消耗以及环境的每况愈下,可再生能源的开发利用已经迫在眉睫。太阳能由于清洁无污染,取之不尽用之不竭等优点,得到广泛关注。作为光伏发电系统的核心,光伏并网逆变器大多采用电流型并网控制方式,该方式控制简单,功率因数高,但只适用于逆变器并网模式,在离并网模式切换过程中冲击较大,与之相对应,电压型并网控制方式由于配置灵活,切换平滑等优点,成为目前的研究热点。本文针对电压型并网控制策略展开研究,从下垂控制、谐波补偿、功率解耦等方面入手,保证光伏并网逆变器可靠运行。本文首先针对两级式光伏并网逆变器结构,设计主要电路参数,建立离网模式和并网模式下的数学模型,分析实际电网中的谐波对逆变器并网电流的影响,提出采用电网电压谐波补偿策略解决并网电流畸变问题。其次,针对阻性线路情况,采用“倒下垂”控制方法。针对光伏功率、电网电压和频率波动对输出功率的影响问题,采用平移下垂曲线的方法来维持逆变器输出功率的恒定以及直流母线电压的稳定;同时利用谐波检测算法得到电网的谐波电压,通过谐波补偿,消除线路阻抗上的谐波,以此来抑制并网电流畸变。在此基础上,针对线路阻抗为阻感性时逆变器输出功率强耦合特性,提出基于线路阻抗比的改进下垂方法,使逆变器输出功率得到有效控制,保证系统稳定运行。建立仿真模型,对基于下垂控制的电压型并网控制策略和下垂控制功率解耦方案进行仿真验证。最后搭建基于STM32F103的硬件实验平台,在实际电网条件下对电压型并网控制策略进行实验验证,在阻感性线路阻抗条件下对功率解耦方案进行实验验证,证明本文提出的基于下垂控制的电压型并网控制策略以及下垂控制功率解耦方案的有效性,保证逆变器可靠并网。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 下垂控制 谐波补偿 功率解耦
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 光伏发电研究现状9-10
• 1.3 电压型并网研究综述10-14
• 1.4 谐波检测技术综述14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-16
• 第2章 光伏逆变器数学建模与谐波影响分析16-25
• 2.1 光伏逆变器拓扑结构16
• 2.2 逆变器主要参数计算16-18
• 2.2.1 Boost电感计算17
• 2.2.2 直流母线电容计算17
• 2.2.3 LC滤波器设计17-18
• 2.3 数学建模18-22
• 2.3.1 离网工作模式18-20
• 2.3.2 并网工作模式20-22
• 2.4 电网谐波对并网电流的影响22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 基于下垂控制的电压型并网控制策略研究25-42
• 3.1 下垂控制25-28
• 3.2 谐波检测环节28-31
• 3.3 基于下垂控制的电压型并网控制策略31-36
• 3.3.1 并网运行功率分析31-32
• 3.3.2 光伏功率波动32-33
• 3.3.3 电网电压波动33
• 3.3.4 电网频率波动33-34
• 3.3.5 改进下垂控制34-36
• 3.4 仿真结果36-41
• 3.4.1 光伏功率波动仿真结果36
• 3.4.2 电网电压波动仿真结果36-37
• 3.4.3 电网频率波动仿真结果37-38
• 3.4.4 电压型并网控制策略仿真结果38-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 下垂控制功率解耦方案研究42-55
• 4.1 线路阻抗对下垂方程的影响42-44
• 4.2 基于参数控制的解耦方法44-46
• 4.3 基于虚拟阻抗的解耦方法46-49
• 4.4 基于线路阻抗比的改进下垂方法49-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 实验平台与实验结果55-68
• 5.1 实验平台55
• 5.2 基于下垂控制的电压型并网实验结果55-63
• 5.2.1 光伏功率波动实验结果55-56
• 5.2.2 电网电压波动实验结果56-59
• 5.2.3 电网频率波动实验结果59-60
• 5.2.4 谐波补偿实验结果60-62
• 5.2.5 离网与并网模式切换实验结果62-63
• 5.3 下垂控制解耦实验结果63-67
• 5.3.1 传统下垂控制实验结果63-65
• 5.3.2 改进下垂控制实验结果65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文74-76
• 致谢76

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