大型光伏电站并网频率控制策略研究

【摘要】：随着化石能源消耗的增多,世界各国正面临着越来越严重的能源危机,在工业生产过程中减少化石能源的消耗是解决能源危机的关键。以太阳能光伏发电为代表的可再生能源发电无需消耗化石能源,且对环境友好,渐渐受到世界各国的重视。近年来由于光伏产业快速发展,大规模集中式并网光伏电站大量出现,其发电容量占电网总容量比重较大,并网时会对电网频率产生较大影响。本文针对大型光伏电站并网关键技术进行了系统研究,重点分析了大型光伏电站并网频率波动情况,提出有功调频控制策略,并设计了大型光伏电站并网模型。本文在分析光伏并网关键技术的基础上,建立了气象条件变化下的移动云彩模型,模拟了阴影的移动导致光伏阵列有功出力持续波动的过程。分析了光伏阵列有功出力及频率波动曲线,根据波动幅度的大小对波动情况进行了分类,并针对大幅剧烈波动和小幅密集波动两种波动情况分别提出相应的有功调频控制策略。针对光伏阵列有功出力的大幅剧烈波动,本文提出了频率反馈有功调频控制策略对传统光伏功率点跟踪控制算法进行调整,为光伏阵列设置有功备用容量,控制功率点跟随并网频率的波动调节光伏输出有功,达到平抑光伏阵列有功出力大幅波动的目的。针对光伏阵列有功出力的小幅密集波动,本文提出了储能系统有功调频控制策略,选择超级电容器作为储能元件并设计了储能系统的拓扑电路,以直流母线功率波动曲线上两个相邻采样点的功率差作为控制环节的输入变量,通过控制超级电容器的充放电,平抑光伏阵列有功出力小幅密集波动。为验证所提控制策略的有效性,本文在MATLAB-Simulink仿真平台搭建了并网光伏阵列和有功调频控制策略模型,分别得到了移动阴影下光伏出力波动曲线以及有功调频控制策略调节后的波动曲线。波动曲线对比效果表明本文提出的有功调频控制策略能够达到平抑光伏阵列有功出力波动的目的,满足大型光伏电站并网时系统频率稳定的要求。 【关键词】：大型光伏电站 光伏并网 光伏调频 频率反馈 超级电容器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.1.1 课题的研究背景10-11
• 1.1.2 课题的研究意义11-12
• 1.2 国内外相关领域的研究现状12-14
• 1.2.1 局部阴影下光伏电站研究现状12-13
• 1.2.2 并网光伏电站有功频率控制研究现状13-14
• 1.3 论文的主要思路及研究内容14-16
• 1.3.1 论文研究思路14-15
• 1.3.2 论文主要研究内容15-16
• 第2章 大型光伏电站建模与功率波动分析16-31
• 2.1 光伏电站功率波动研究概述16
• 2.2 光伏仿真建模16-24
• 2.2.1 光伏阵列模型16-19
• 2.2.2 气象变化条件下的移动阴影模型19-21
• 2.2.3 光伏阵列直流升压电路模型21-22
• 2.2.4 光伏阵列多峰曲线最大功率点跟踪算法22-24
• 2.3 光伏阵列功率波动分析24-28
• 2.3.1 光伏阵列功率波动曲线24-27
• 2.3.2 光伏阵列功率波动分析27-28
• 2.4 光伏阵列功率波动平抑方法28-30
• 2.4.1 光伏功率反馈有功调频控制策略设计28-29
• 2.4.2 光伏储能系统有功调频控制策略设计29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 光伏频率反馈有功调频控制策略设计31-47
• 3.1 光伏阵列调频研究概述31
• 3.2 光伏逆变器控制策略及频率采集方法31-38
• 3.2.1 光伏并网逆变器拓扑结构及数学模型32-35
• 3.2.2 光伏并网逆变器控制策略及频率采集35-38
• 3.3 基于频率反馈的功率点跟踪控制策略38-40
• 3.3.1 控制策略设计思路38-39
• 3.3.2 控制策略设计步骤39-40
• 3.4 光伏频率反馈有功调频控制策略仿真40-46
• 3.4.1 控制策略建模40-41
• 3.4.2 控制策略效果分析41-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 光伏储能系统有功调频控制策略设计47-60
• 4.1 光伏储能系统功率调节研究概述47
• 4.2 光伏储能元件的选择47-52
• 4.2.1 储能元件对比分析47-48
• 4.2.2 超级电容器的工作原理及充放电特性分析48-52
• 4.3 光伏储能系统拓扑结构及控制策略52-54
• 4.3.1 储能系统拓扑结构52-53
• 4.3.2 储能系统功率调节控制策略53-54
• 4.4 光伏储能系统控制策略仿真54-59
• 4.4.1 控制策略建模54-55
• 4.4.2 控制策略效果分析55-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 研究工作总结与成果60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果66-67
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作67-68
• 致谢68

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