基于LCL的光伏并网谐波抑制技术研究

【摘要】：光伏并网发电装置因采用电力电子器件会向电网中注入谐波，采用LCL滤波器能有效的滤除发电侧的高次谐波，提高电能质量。由于光伏并网基本结构与有源电力滤波器一致，因此可以实现光伏并网和有源滤波统一控制，在无光照或弱光照下，统一控制系统转而滤除电网侧的谐波。当前统一控制系统在补偿电网侧谐波时，其中谐波检测环节主要是基于三相电网电压平衡时检测方法，但是在实际的工况中，时常会出现三相电压不平衡的情况，此时电压相角检测误差较大，谐波补偿电流的跟踪精度降低甚至失效；而且此时谐波检测的响应速度更慢。实际补偿会有较大延迟，降低了补偿速度，电网侧谐波滤除效果不佳。此外在谐波电流闭环控制中消除LCL滤波器谐振问题尚待研究。 针对三相电网电压不平衡时统一控制系统的谐波补偿精度和速度问题，做了如下方面的研究： 第一，由于光伏并网核心部分逆变器在结构与有源电力滤波器具有共性，因此本文通过研究采用统一控制方式，在光伏发电时抑制电源侧谐波，降低谐波含量。在无光照，光伏系统无电能馈向电网时可以滤除电网侧谐波。 第二，在三相电网电压不平衡时，出现相位偏移、幅值变化时，同时将正、负序电压做派克变换，通过电流平均值模块得到电压的基波量，进而准确计算出正序电压的相角，保证谐波检测的精度以提高谐波的动态补偿效果。此时谐波检测延迟会更大，采用积分模块替代低通滤波器可有效缩短检测延迟时间。 第三，改进总谐波失真度（THD）的计算方式，通过对谐波电流进行积分，计算谐波电流有效值，不需要计算各次谐波的幅值，减小了THD的计算量。 第四，谐波检测出的谐波指令值为三相量，而通常是在d、q坐标实现电流环的控制，可先做差值计算出d、q坐标下谐波指令电流值，实现电流闭环控制和有源阻尼技术，再通过逆变换得到三相谐波电流指令值，进而控制逆变器。 第五，在基于MATLAB/Simulink的仿真环境下建立实现光伏并网和有源滤波双重功能的模型，为了实现统一控制系统功能，设计了基于DSP的统一控制系统的硬件和软件。 仿真结果验证了统一控制系统理论的可行性，且实现了谐波的精确快速检测。统一控制理论适用于能应对特殊场合的多功能光伏并网逆变器。 【关键词】：光伏并网 统一控制 LCL滤波器 谐波检测
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 选题背景9
• 1.2 谐波抑制的意义9-11
• 1.3 电能质量控制技术概述11-14
• 1.3.1 电能质量的概念11-12
• 1.3.2 电能质量控制技术12-14
• 1.4 光伏发电系统概述14-15
• 1.4.1 光伏发电发展现状和前景14
• 1.4.2 光伏发电技术14-15
• 1.5 课题研究目的与意义15-16
• 1.6 论文主要内容16-17
• 1.7 本章小结17-18
• 第2章 有源电力滤波器与光伏发电统一控制18-23
• 2.1 有源电力滤波器与光伏发电工作原理分析18-20
• 2.1.1 有源电力滤波器的工作原理18-19
• 2.1.2 光伏并网发电的工作原理19-20
• 2.2 光伏并网发电与有源电力滤波异同点20-21
• 2.3 光伏发电和有源电力滤波统一控制策略21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 统一控制中的 MPPT 与谐波检测方法23-34
• 3.1 光伏电池数学模型与控制技术23-26
• 3.1.1 光伏电池的数学模型23-24
• 3.1.2 MPPT 的控制技术24-26
• 3.2 谐波电流检测方法26-33
• 3.2.1 基于傅立叶变换的检测方法27-28
• 3.2.2 基于 p、q 理论检测方法28
• 3.2.3 基于 ip、iq理论检测方法28-29
• 3.2.4 基于改进的 ip、iq理论检测方法29-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 统一控制系统逆变器控制策略34-48
• 4.1 光伏并网与谐波电流合成指令算法34-37
• 4.2 LCL 滤波器的阻尼控制技术37-41
• 4.2.1 无源阻尼技术38-39
• 4.2.2 基于电容电流反馈的有源阻尼技术39-41
• 4.3 统一控制策略分析41-43
• 4.3.1 基于有源阻尼的电流内环设计41-42
• 4.3.2 电压外环设计42-43
• 4.4 准比例谐振控制器设计43-45
• 4.5 LCL 滤波器参数设计45-47
• 4.5.1 LCL 滤波器桥臂电感 L 的确定45-46
• 4.5.2 LCL 滤波器网侧 LC 的确定46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 基于 DSP 的统一控制系统硬件与软件设计48-58
• 5.1 统一控制系统的硬件设计48-53
• 5.1.1 数字处理器 TMS320F28335 简介48
• 5.1.2 DSP 最小系统设计48-51
• 5.1.3 DSP 串口通信电路51
• 5.1.4 信号调理电路51-52
• 5.1.5 CPLD 及其外围电路52
• 5.1.6 驱动电路52-53
• 5.2 统一控制系统的软件设计53-57
• 5.2.1 主程序和中断程序流程图53-54
• 5.2.2 谐波电流检测程序54-55
• 5.2.3 MPPT 子程序55-56
• 5.2.4 SPWM 子程序56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第6章 仿真研究与结果分析58-70
• 6.1 MATLAB/Simulink 仿真环境简介58
• 6.2 统一控制系统建模58-59
• 6.3 仿真结果分析59-69
• 6.3.1 进行有源电力滤波和无功补偿59-62
• 6.3.2 有源电力滤波和光伏并网统一控制仿真分析62-63
• 6.3.3 基于改进的 ip、iq检测算法速度仿真63-65
• 6.3.4 基于改进的 ip、iq检测算法精度仿真65-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 结论与展望70-72
• 7.1 本文总结70
• 7.2 未来研究方向的展望70-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76

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