有源电力滤波器与光伏发电的统一控制研究

【摘要】： 太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今世界最具光明前景的新能源之一。在国外光伏发电技术己得到深入研究和推广，在我国也已进入推广应用阶段，光伏并网发电是光伏发电的主要发展趋势之一。与此同时，随着我国工业化进程的加快，大量的非线性和冲击性负载随之涌现，由这些负载所产生的谐波及无功电流对公共电网的污染也日益严重，而传统的无源滤波越来越不能满足电能质量的要求，因此有源电力滤波器(APF)也成了近年来国内外研究的热点。 APF和光伏并网发电技术虽然前景光明，但是两者仍各有不足，均面临推广障碍。例如：光伏并网发电装置只在白天工作，晚上要切离电网，这不仅影响设备利用率，并且频繁投切时会对电网稳定造成影响；两者应用成本较高；经济效益低；政策支持不完善等等。 针对两者的不足和发展障碍，本文运用APF与光伏并网发电的统一控制思想，并充分利用两者的拓扑结构进一步对系统功能进行了拓展，以促进两者的共同发展。最终完整地提出了APF与光伏发电的统一控制系统，新的系统结构和控制策略不但能同时实现光伏并网发电、无功及谐波补偿，而且在电网因故障停电时可以对重要负载实施电力中断补偿(UPS功能)，以保证重要负载不间断地工作。 文中对APF和光伏并网的统一控制原理、新系统结构的演变、系统工作原理和控制策略等进行了详细的分析研究；对文中提出的系统所涉及的具体技术进行了理论和实验研究，这些技术包括：并网和UPS两种工作模式下变流器的控制技术及相互转换技术；无功和谐波电流检测技术；无功与谐波补偿指令和光伏并网有功指令合成算法；光伏阵列最大功率跟踪控制技术；电力中断检测技术；蓄电池的充放电管理等。 最后，利用MATLAB／Simulink对所提出的APF和光伏发电统一控制系统进行了仿真验证，并且设计了一台基于TMS320LF2407DSP的实验样机，对样机功能进行了实验研究。仿真和样机实验结果证明了所提出的系统结构及控制策略的可行性和正确性。 【关键词】：有源电力滤波器 光伏并网 统一控制 谐波检测 瞬时无功功率理论 最大功率点跟踪 UPS DSP MATLAB建模
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TN713.8;TM615;TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-9
• 目录9-12
• 插图清单12-14
• 表格清单14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 有源电力滤波器的背景和发展状况15-18
• 1.1.1 谐波与无功功率的产生和危害15-16
• 1.1.2 APF的提出和研究现状16-17
• 1.1.3 APF的发展前景和发展障碍分析17-18
• 1.2 光伏发电技术概述18-19
• 1.2.1 光伏发电技术的应用和现状18-19
• 1.2.2 光伏并网发电技术的发展前景和发展障碍分析19
• 1.3 课题研究的目的和意义19-20
• 1.4 本文的主要内容20-22
• 第二章 APF与光伏发电的统一控制理论研究22-30
• 2.1 APF与光伏并网发电装置的对比分析22-24
• 2.1.1 APF的工作原理22-23
• 2.1.2 光伏并网发电的工作原理23
• 2.1.3 有源电力滤波器与光伏并网发电装置的相同点分析23-24
• 2.2 APF与光伏并网发电的统一控制和功能拓展24-27
• 2.2.1 APF与光伏并网发电的统一控制原理24-25
• 2.2.2 APF与光伏并网发电统一控制系统的功能拓展25-27
• 2.3 APF与光伏发电统一控制系统及其控制策略27-30
• 2.3.1 APF与光伏发电统一控制系统的整体结构和功能27-28
• 2.3.2 APF与光伏发电统一控制系统的控制策略28-30
• 第三章 瞬时无功功率理论及其在统一控制系统中的应用30-40
• 3.1 APF中的谐波和无功检测技术概述30-31
• 3.2 瞬时无功功率理论及其在APF中的应用31-33
• 3.2.1 瞬时无功功率理论31-32
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的检测算法32-33
• 3.3 统一控制系统中的谐波检测和并网指令合成算法33-40
• 3.3.1 基于瞬时无功功率理论的谐波检测和并网指令合成算法33-35
• 3.3.2 基于DSP的软件锁相环设计35-36
• 3.3.3 谐波检测及指令合成算法的仿真和样机实现36-40
• 第四章 统一控制系统中变流器的控制策略研究40-50
• 4.1 并网模式下变流器控制技术40-46
• 4.1.1 并网模式下变流器控制技术概述40-41
• 4.1.2 并网模式下定时控制的滞环比较电流跟踪控制41-42
• 4.1.3 并网模式下基于复合校正控制技术的三角波比较控制42-46
• 4.2 UPS模式下变流器控制技术46-47
• 4.2.1 UPS模式下变流器控制技术概述46
• 4.2.2 UPS模式下电压平均值反馈控制方法46-47
• 4.2.3 UPS模式下变流器的电容电流反馈双闭环控制方法47
• 4.3 并网模式和UPS模式相互转换技术47-50
• 4.3.1 孤岛效应检测技术在统一控制系统中的应用47-49
• 4.3.2 并网模式和UPS模式的相互转换技术49-50
• 第五章 统一控制系统中的光伏充电和蓄电池充放电管理50-56
• 5.1 光伏阵列最大功率点跟踪控制(MPPT)及光伏充电器设计50-53
• 5.1.1 光伏阵列特性50
• 5.1.2 最大功率点跟踪(MPPT)控制技术50-53
• 5.1.3 光伏充电器的设计53
• 5.2 统一控制系统中蓄电池组的充放电管理53-56
• 5.2.1 蓄电池组的运行方式53-54
• 5.2.2 蓄电池组的充电管理54-55
• 5.2.3 蓄电池组的放电管理55-56
• 第六章 统一控制系统的仿真和实验研究56-70
• 6.1 系统仿真模型56-57
• 6.2 样机设计与实现57-61
• 6.2.1 主电路设计57-59
• 6.2.2 基于DSP的控制系统设计59-60
• 6.2.3 人机交换界面设计60-61
• 6.3 程序结构和流程设计61-64
• 6.3.1 程序结构设计61-62
• 6.3.2 程序流程设计62-64
• 6.4 仿真和样机实验结果对比分析64-70
• 6.4.1 光伏并网发电功能仿真和实验结果对比分析64-66
• 6.4.2 APF功能的仿真和实验结果对比分析66
• 6.4.3 APF和光伏并网发电同时实现时仿真和实验结果对比分析66-67
• 6.4.4 电力中断补偿(UPS功能)仿真和实验结果对比分析67-70
• 第七章 工作总结与展望70-72
• 7.1 论文工作总结70-71
• 7.2 工作展望71-72
• 参考文献72-75

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