光伏电站并网的半实物混合仿真

【摘要】：摘要：近年来,随着全球对改善生态环境的日益重视,利用可再生能源进行发电是势不可挡的未来趋势。太阳能发电的电量受天气、地域等因素影响较大,具有间歇性、周期性、波动性等特点。光伏电站并网发电后对电网的经济运行、稳定控制及配电网的运行和设计等方面提出了更高的要求。在研究和分析光伏并网对电网影响的实验中,若采用真实的光伏电站进行系统的实验研究,不仅成本高、条件受限,并且在大多数情况下难以达到预期的测量与试验结果。若采用全数字仿真平台搭建模型进行研究,则完全脱离了对实际硬件的依赖,结果过于理想,其结果不能对控制器软件的实时参量进行评价。同时由于开关元器件的存在,将导致系统的仿真时间过长。 混合仿真技术则是一种先进的仿真技术它结合了数字仿真和物理模拟的优点,利用了先进的实时仿真软件,可以模拟各种工作条件,结合硬件在环(Hardware In Loop,简称HIL)技术,可以快速地观测参数修改后系统的响应变化,提高了仿真的可信度。HIL半实物仿真,用实时的数学模型来模拟被控对象,并与真实的控制器连接,进行整个系统的实时仿真测试。半实物仿真可以减少设计时间、开发周期和测试成本,可以进行更多更好的测试。 首先,本文介绍了光伏电站并网系统的整体结构,以及系统的工作原理和控制策略。根据系统的原理建立了系统的整体模型,包括光伏阵列的模型和三相PWM逆变器的模型。 然后,针对电网三相电压对称跌落的情况,分析了光伏电站在电网电压跌落故障时的动态性能和低电压穿越能力。采用了直流侧带有卸荷电路的低电压穿越保护方案,分析了卸荷电阻参数的选取原则及卸荷电路的投切策略。 最后,设计了光伏电站并网系统HIL半实物仿真平台的整体结构,包括RT-LAB实时仿真模型和DSP控制器,并且进行了平台的实验验证。首先进行离线仿真验证Simulink中仿真模型的正确性；接着进行半实物混合仿真,对电网正常和故障两种状态进行了实验分析,实验结果验证了系统控制策略和低电压策略的正确性和有效性。 【关键词】：光伏电站并网系统 硬件在环 RT-LAB 低电压穿越
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 背景和意义11-12
• 1.2 国内外光伏发电技术研究现状12-13
• 1.3 光伏电站并网系统概述13-14
• 1.4 低电压穿越技术14-15
• 1.5 实时仿真系统15-19
• 1.5.1 半实物实时仿真技术15-17
• 1.5.2 RT-LAB实时仿真系统简介17-19
• 1.6 本文主要内容19-21
• 2 光伏电站并网发电系统21-33
• 2.1 光伏电池的工作原理与特性21-24
• 2.1.1 光伏电池的工作原理21-22
• 2.1.2 光伏电池的特性22-24
• 2.2 光伏电站并网逆变器的结构24
• 2.3 光伏电站并网发电系统的控制策略24-31
• 2.3.1 光伏阵列的MPPT控制策略25
• 2.3.2 并网逆变器的控制策略25-31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 光伏电站并网发电系统的建模33-41
• 3.1 光伏发电阵列的数学模型33-35
• 3.1.1 光伏电池的理想模型33
• 3.1.2 光伏电池的工程模型33-35
• 3.1.3 光伏阵列的数学模型35
• 3.2 并网逆变器的数学模型35-39
• 3.2.1 并网逆变器的数学模型36
• 3.2.2 采用开关函数描述的VSR数学模型36-38
• 3.2.3 采用占空比函数描述的VSR一般数学模型38-39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 电网故障状态下的光伏电站性能研究41-47
• 4.1 低电压穿越概念及其并网标准41
• 4.2 低电压穿越方案分析41-42
• 4.3 基于卸荷电路的低电压穿越技术42-45
• 4.3.1 卸荷电阻的计算44
• 4.3.2 卸荷电路的控制策略44-45
• 4.4 本章小结45-47
• 5 光伏电站并网系统硬件在环平台47-63
• 5.1 光伏并网系统硬件平台的结构47-48
• 5.2 光伏电站并网系统实时仿真模型48-53
• 5.2.1 主电路模型48-50
• 5.2.2 实时仿真模型的编辑50-53
• 5.3 RT-LAB目标机53-55
• 5.4 DSP控制器55-62
• 5.4.1 硬件电路55-57
• 5.4.2 软件部分57-62
• 5.5 本章小结62-63
• 6 光伏电站系统HIL半实物仿真平台的实验验证63-77
• 6.1 离线仿真63-71
• 6.1.1 电网正常时光伏电站并网系统仿真65-68
• 6.1.2 电网故障时光伏电站并网系统仿真68-71
• 6.2 RT-LAB系统调试71-72
• 6.3 半实物仿真实验结果72-76
• 6.3.1 标准状态下的实验结果73-74
• 6.3.2 电网电压跌落故障的实验结果74-76
• 6.4 本章小结76-77
• 7 总结与展望77-79
• 7.1 总结77
• 7.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果83-87
• 学位论文数据集87

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