基于逆变器的光伏系统孤岛检测方法研究

【摘要】：随着全球化石能源的开采,能源问题日益严峻。据统计,2050年左右,全球的石油资源将开采殆尽,届时依赖传统能源的国家将深受其害。因此,积极发展可再生能源,降低化石能源的使用率,提高太阳能等可再生能源的使用成为全球大部分国家解决能源危机的关键因素。光伏发电是太阳能使用的一个重要途径,光伏并网逆变器的研究将成为光伏发电的研究重点。光伏并网逆变器必须具备孤岛检测功能,因此本文重点研究基于逆变器的光伏系统孤岛检测方法。 本文选取了移频式孤岛检测方法和基于电网阻抗的孤岛检测方法作为研究对象,研究了这两种方法各自的检测性能并提出了改进的新算法。首先研究了光伏系统控制策略,并对孤岛检测主动式方法中的频率偏移法进行了深入研究,从物理性质层面分析了影响移频式孤岛检测失效的原因及相关参数,并针对低电压穿越时Sandia频率偏移法的检测性能进行了分析,根据以上研究结果提出了改进算法；之后分析了基于电网阻抗的孤岛检测方法并提出了新的阻抗孤岛检测算法。具体的创新点如下： (1)提出了基于SFS的自适应孤岛检测算法,利用系统频率的变化自适应整定初始阶段系数cf0,该算法提高了孤岛检测性能,同时降低了光伏系统并网运行时的谐波畸变率。 (2)分析了锁相环在非对称条件下锁相不准的原因,并在模型中使用了改进的SPLL方法; (3)提出了新的基于电网阻抗变化电容孤岛检测技术,利用双阀值、分层投切电容的方式实现了快速准确检测孤岛,并能有效避免出现伪孤岛时误判。 本文在MATLAB/Simulink平台上搭建了光伏发电系统模型,并在仿真模型中嵌入所提出的孤岛检测新算法,验证方法的有效性。分析结果表明,本文提出的方法与原算法比较,能快速检测孤岛,且对电网电能质量影响较小。 【关键词】：光伏系统 孤岛检测 控制策略 频率偏移 阻抗变化
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11-12
• 1.2 孤岛检测的定义和研究意义12-13
• 1.3 孤岛检测方法13-17
• 1.3.1 基于通信的孤岛检测方法14
• 1.3.2 被动式孤岛检测方法14-16
• 1.3.3 主动式孤岛检测方法16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第2章 光伏系统的控制策略18-27
• 2.1 基于逆变器的光伏系统18-20
• 2.1.1 光伏系统结构18-19
• 2.1.2 光伏系统并网方式19-20
• 2.2 光伏系统并网控制策略20-26
• 2.2.1 光伏系统并网控制原理20-21
• 2.2.2 矢量坐标变换21-23
• 2.2.3 间接电流控制23-24
• 2.2.4 直接电流控制24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 移频式孤岛检测方法的分析与改进27-50
• 3.1 移频式孤岛检测方法的工作原理27-31
• 3.1.1 主动频率偏移法检测原理28-30
• 3.1.2 Sandia频率偏移法检测原理30-31
• 3.2 负载品质因数对孤岛检测的影响31-32
• 3.2.1 孤岛测试电路31
• 3.2.2 负载品质因数对电路的影响31-32
• 3.3 影响频移式孤岛检测性能的参数分析32-40
• 3.3.1 cf_0对频移式孤岛检测的影响32-35
• 3.3.2 Q_f对频移式孤岛检测算法的影响35-36
• 3.3.3 SFS正反馈增益系数k对孤岛检测的影响36-37
• 3.3.4 仿真验证37-40
• 3.4 SFS孤岛检测算法改进40-44
• 3.4.1 改进的SFS孤岛检测算法40-42
• 3.4.2 仿真验证42-44
• 3.5 低电压穿越对移频式孤岛检测法的影响44-48
• 3.5.1 光伏系统的低电压穿越要求44-45
• 3.5.2 低电压穿越对SFS性能的影响45-46
• 3.5.3 仿真验证46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 基于电网阻抗的孤岛检测方法50-62
• 4.1 基于电网阻抗孤岛检测的基本原理50-51
• 4.2 阻抗检测法51-55
• 4.2.1 高频信号的阻抗检测法51-52
• 4.2.2 基于双谐波注入的电网阻抗孤岛检测方法52-53
• 4.2.3 基于分压器原理的孤岛检测技术53-55
• 4.3 外部开关电容检测法55-56
• 4.4 基于阻抗变化的电容孤岛检测技术56-61
• 4.4.1 基于阻抗变化的电容检测法原理56-59
• 4.4.2 基于阻抗变化的电容检测法的优势59
• 4.4.3 仿真验证59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 结论和展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-68
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作68-69
• 致谢69

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