微电网中的光伏发电系统研究及孤岛检测技术分析

【摘要】：由于一次能源的不断开采,其存储量已经不足以支撑我国的可持续发展,对于能源的渴求和使用,使我们迫切地希望能够找到新能源来代替一次能源。于是,可再生能源成为了我们的首选对象,能够合理化和最大化的利用这些新的能源,是目前我们探究的重要课题之一。 光伏并网发电系统就是利用太阳能以微电网形式接入大电网,是补充能源供给不足的一种很好方式。目前,太阳能光伏发电并网技术的研究主要有三大难点,即MPPT技术,并网逆变器的控制策略和孤岛检测技术。本文针对以上难点主要做了以下研究工作： (1)根据光伏电池的工作原理和输出特性,使用Matlab/simulink仿真软件,搭建了光伏电池的工程数学模型,对模拟光伏电池进行了仿真,详细分析了其输出特性,从而验证了所建光伏电池模型的正确性。 (2)论述了三种常用的MPPT方法,对三种方法进行了深入地分析和比较,总结出了每种方法的优劣。在此基础上,本文提出了一种新的MPPT方法,即改进扰动观察法,采用此方法在Matlab仿真软件中的Simulink搭建了仿真模型,用C语言编写了相应程序,利用S函数在Boost电路中实现了MPPT的仿真。仿真结果表明该方法能够快速有效追踪最大功率点,并能反应出光伏电池随周围温度和光照强度变化时,输出特性也随之产生变化。从而证明了所建电路模型的有效性。 (3)本文对于两级三相式的光伏并网系统后级逆变器的控制技术进行了深入研究,借鉴基于下垂特性的PQ和V/f共同控制策略。应用Matlab仿真软件搭建了相应的仿真模型,对并联运行的两台光伏微电源DG1和DG2进行了仿真实验,通过模拟DG系统的三种运行状态分析了该控制策略的性能,仿真结果验证了此控制策略的正确性和可行性。 (4)分析了孤岛的形成过程,原因以及形成孤岛后的运行方式和构成,提出了两种孤岛划分模式,即静态孤岛划分模式和动态孤岛划分模式,通过对每种模式分析后得出,动态孤岛划分模式所提出的广域信息集控思想更加符合现实的需求。 (5)论述了孤岛检测方法,并详解了每种方法的工作原理,总结出了每种方法的优点和不足,提出了一种基于克拉克变换的微电网孤岛检测方法。使用Matlab仿真软件建立了孤岛检测的仿真分析模型,通过实例进行了仿真分析,结果表明,本文方法具有检测速度快,精度高的特点。且检测方法有效简便,对电能质量没有影响,具有一定的工程实用价值。 【关键词】：光伏系统 MPPT 逆变器控制策略 孤岛划分 孤岛检测
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景和意义11-13
• 1.2 微电网国内外的研究现状13-16
• 1.2.1 微电网的定义13-14
• 1.2.2 国内外微电网的研究现状14-16
• 1.3 微电网中的光伏系统介绍16-19
• 1.3.1 光伏发电系统的组成及分类16-18
• 1.3.2 微电网中的光伏发电系统18-19
• 1.4 微电网孤岛检测技术19-21
• 1.4.1 孤岛效应19
• 1.4.2 孤岛检测19-21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 第二章 光伏电池MPPT的控制研究23-41
• 2.1 光伏电池模型及工作特性23-26
• 2.1.1 光伏电池工作原理23
• 2.1.2 光伏电池模型23-25
• 2.1.3 光伏电池输出特性25-26
• 2.2 光伏电池输出特性仿真分析26-29
• 2.3 最大功率跟踪29-35
• 2.3.1 最大功率跟踪原理及方法29
• 2.3.2 定电压值法(CVT)29-31
• 2.3.3 扰动观察法31-33
• 2.3.4 增加电导纳法33-34
• 2.3.5 改进的扰动观察法34-35
• 2.4 直流变换器选取35-37
• 2.5 最大功率跟踪仿真37-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 微电网中光伏系统的控制策略41-59
• 3.1 三相光伏并网控制技术41-47
• 3.1.1 微电网中光伏并网发电系统的逆变器控制策略41-42
• 3.1.2 基于下垂特性的V/f控制策略42-45
• 3.1.3 基于下垂特性的PQ控制策略45-47
• 3.2 基于下垂特性的PQ和V/f共同控制策略47-57
• 3.2.1 基于下垂特性的PQ和V/f共同控制策略分析47-49
• 3.2.2 逆变器后级控制仿真分析49-57
• 3.3 本章小结57-59
• 第四章 孤岛的划分59-67
• 4.1 孤岛运行59-62
• 4.1.1 孤岛的形成59-60
• 4.1.2 单元孤岛和组合孤岛60-61
• 4.1.3 孤岛的分层运行61-62
• 4.2 孤岛类型62-63
• 4.2.1 计划型孤岛和非计划型孤岛62-63
• 4.2.2 孤岛的利用63
• 4.3 孤岛划分63-65
• 4.3.1 孤岛划分原则63-64
• 4.3.2 孤岛划分64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 微电网孤岛检测方法67-81
• 5.1 孤岛67-68
• 5.1.1 孤岛效应概念67
• 5.1.2 孤岛检测67-68
• 5.2 孤岛检测方法68-75
• 5.2.1 远程检测方法68-70
• 5.2.2 被动检测方法70-71
• 5.2.3 主动检测方法71-75
• 5.3 改进的孤岛检测方法75-80
• 5.3.1 改进的孤岛检测原理75-77
• 5.3.2 电压分量转换原理77-78
• 5.3.3 仿真分析78-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士学位期间的研究成果89

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