三相光伏并网系统的统一电能质量控制

【摘要】：随着工业的快速发展以及传统化石能源的日益减少，世界范围的环境的污染和能源短缺己经成为制约人类社会可持续发展的重要因素。太阳能是新能源的重要成员，具有取之不尽、用之不竭、能就地开发利用、纯净无污染、不会破坏生态平衡等优点。目前全球光伏发电产业发展迅速，现有的电力系统将越来越多地接入光伏电源。相比于传统发电，光伏发电更易受到外界环境的影响，并且含有大量电力电子器件，输出存在不稳定性，再加上接有大量非线性、冲击性的负载，这些因素带来了很多新的电网电能质量问题。 本文以一个完整的三相光伏并网发电系统为研究对象，对三相光伏并网系统进行建模、研究了控制策略，分析了光伏并网对电能质量的影响并提出了解决措施。重点研究了以下几个方面： 首先，根据太阳能电池的数学模型，分析了太阳能电池的电气特性，建立MATLAB仿真模型，该模型能在不同光照强度和电池温度下对光伏电池的输出特性进行模拟。通过控制Boost斩波电路的占空比，采用干扰观测法来实现最大功率跟踪（MPPT），通过仿真验证所建立的模型对光照强度、温度变化反应灵敏，能够快速、准确的实现最大功率跟踪，通用性、动态性能好； 其次，建立基于旋转坐标系下的三相光伏并网逆变器的数学模型，在此基础上设计一种基于电压电流双闭环解耦控制的三相空间矢量逆变器，以实现光伏阵列输出电压的有源逆变，降低系统并网电流波形的总谐波畸变率，改善输出电流波形，具有优良的动态和稳态性能，满足光伏并网发电要求； 然后，针对三相光伏并网系统的电压畸变问题，完成动态电压恢复器（DVR）的建模及仿真。在分析动态电压恢复器的基本原理的基础上，对畸变电压的检测方法进行改进，利用三相dq0变换检测算法建立通用于三相平衡和不平衡系统电压检测的模型，设计基于增量式参数模糊自整定PID控制器的控制策略，使DVR能补偿因光照强度和电池温度变化影响的光伏电源侧电压畸变，改善光伏电站供电电能质量； 最后，针对三相光伏并网系统的谐波问题，完成有源滤波器的建模及仿真。分析并联型有源电力滤波器的基本原理的基础上，对谐波电流的检测方法进行改进，提出基于积分延时增益环节的改进i p iq谐波电流的检测方法，提出基于不定频滞环空间电压矢量的电流控制策略，提高有源滤波器的电流跟踪性能，使有源滤波器能抑制非理想线性负载状况下用户侧谐波电流，从而改善光伏电站供电电能质量。 【关键词】：光伏并网发电 电能质量 动态电压恢复器 模糊控制 有源滤波器 不定频滞环空间电压矢量
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.1.1 能源问题11
• 1.1.2 光伏发电系统的发展11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 光伏并网发电系统电路拓扑研究现状12-13
• 1.2.2 最大功率跟踪技术研究现状13-14
• 1.2.3 光伏并网系统逆变控制研究现状14
• 1.2.4 光伏并网发电的电能质量问题14-15
• 1.2.5 电能质量控制的研究现状15-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 2 光伏电池建模及最大功率点跟踪控制17-28
• 2.1 光伏电池模型17-21
• 2.1.1 光伏电池的数学模型17-19
• 2.1.2 光伏电池模型仿真分析19-21
• 2.2 最大功率点跟踪（MPPT）和直流变换21-26
• 2.2.1 DC/DC 电路21-22
• 2.2.2 最大功率点跟踪22-24
• 2.2.3 PWM 脉宽调制模块24
• 2.2.4 仿真分析24-26
• 2.3 本章小结26-28
• 3 三相光伏并网逆变器的研究28-46
• 3.1 三相三线逆变器主电路模型28-29
• 3.2 三相逆变器的数学模型29-32
• 3.2.1 坐标变换29-30
• 3.2.2 基于三相静止 abc 坐标系下的数学模型30-31
• 3.2.3 基于两相同步旋转 dq 坐标系下的数学模型31-32
• 3.3 电压电流双环解耦控制器的设计32-38
• 3.3.1 典型系统整定法32-33
• 3.3.2 电流内环控制器的设计33-35
• 3.3.3 电压外环控制器的设计35-38
• 3.4 SVPWM 算法的实现38-40
• 3.4.1 判断参考电压矢量所在的扇区38
• 3.4.2 计算相邻两开关电压矢量作用的时间38-39
• 3.4.3 A、B、C 三相比较器切换点39-40
• 3.5 电压电流双环解耦控制的三相 SVPWM 逆变器建模与仿真分析40-45
• 3.5.1 逆变器及控制模块的搭建40-43
• 3.5.2 仿真分析43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 三相光伏并网系统的电压畸变补偿46-62
• 4.1 动态电压恢复器的结构和基本原理46-50
• 4.1.1 DVR 的结构46-48
• 4.1.2 DVR 的基本原理48-50
• 4.2 基于 dq0 变换的畸变电压检测与仿真50-54
• 4.2.1 dq0 检测算法与仿真50-53
• 4.2.2 dq0 检测算法的改进及仿真53-54
• 4.3 DVR 的控制方法54-57
• 4.3.1 模糊控制的基本原理54-55
• 4.3.2 参数模糊自整定 PID 控制55-57
• 4.4 增量式参数模糊自整定 PID 控制的 DVR 建模与仿真57-61
• 4.4.1 模糊控制部分建模57-58
• 4.4.2 三相 DVR 建模58-60
• 4.4.3 仿真及结果分析60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 三相光伏并网系统的有源滤波62-84
• 5.1 有源电力滤波器数学模型及基本原理62-65
• 5.1.1 无源滤波器基本结构与缺陷62-63
• 5.1.2 有源滤波器的数学模型63-64
• 5.1.3 有源滤波器的基本控制原理64-65
• 5.2 基于瞬时无功功率理论的检测法65-69
• 5.2.1 瞬时无功功率理论65-66
• 5.2.2 p q检测法66-67
• 5.2.3 i_p-i_q检测法67
• 5.2.4 改进的i_p-i_q检测法67-69
• 5.3 有源滤波器电流跟踪控制策略的研究69-75
• 5.3.1 常用的电流控制方法分析69-70
• 5.3.2 基于不定频滞环 SVPWM 的电流控制策略70-75
• 5.5 基于不定频滞环空间电压矢量的电流控制策略的有源滤波器建模与仿真75-83
• 5.5.1 仿真模型的建立75-80
• 5.5.2 仿真结果分析80-83
• 5.6 本章小结83-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间取得的研究成果90

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