大功率光伏并网逆变系统研究

【摘要】：光伏并网发电因其具有丰富的太阳能资源、清洁无污染、安装维护简单、可结合建筑进行资源利用等优点,是21世纪最重要的能源之一。然而,大功率光伏并网系统的设计及控制技术还存在一些问题,极大制约了光伏产业的发展。因此,本文围绕三相光伏并网逆变系统的设计及控制策略进行了分析研究,并通过仿真和实验验证了理论研究的正确性。 本文研究了电网不平衡对光伏并网逆变器的影响,介绍了基于统一模型的三种不平衡控制目标。研究了二次谐波滤除法,提出了正、负序滤波器法进行电网不平衡分量提取策略。系统仿真对此进行了验证。 建立了LCL滤波器模型,研究了四种情况下LCL滤波系统稳定性,给出了LCL滤波器的工程设计原则,并通过100kW并网逆变器滤波器的设计进行了验证。提出了滤波阻尼法的虚拟阻尼控制策略,并给出其实验验证。 介绍了低电压故障对光伏并网系统的影响,研究了双环控制及无功控制低电压穿越策略。提出了非线性低电压穿越控制策略,并验证了此策略下系统直流电容的设计。 给出了大规模光伏并网系统设计原则,研究了5种光伏系统运行模式,在直流母线并联拓扑的基础上提出了针对效率优化的N+1控制、穷举法和动态均分法三种集群控制策略,并验证其先进性。 提出并设计630kVA交流能量互馈式大功率并网逆变器全自动测试系统,设计其630kVA整流器及模块化4U控制系统。以本文生产的3kW-500kW全系列单级式光伏并网逆变器中500kW为例验证测试系统性能,并在此测试系统完成了全部“金太阳”电性能测试。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 三相不平衡 LCL滤波器 低电压穿越 集群控制 能量互馈测试系统
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-26
• 1.1 光伏发电的背景及现状12-16
• 1.1.1 全球光伏发电的背景12-13
• 1.1.2 国际光伏发电的发展及现状13-15
• 1.1.3 中国光伏发电的发展及现状15-16
• 1.2 光伏并网发电的国内外研究现状16-23
• 1.2.1 光伏发电系统的分类16-18
• 1.2.2 光伏发电的特点18-19
• 1.2.3 光伏并网发电技术的国内外研究现状19-23
• 1.3 本文的主要工作23-26
• 2 光伏逆变器三相不平衡并网的控制26-58
• 2.1 三相电网不平衡概述26-30
• 2.1.1 三相不平衡的概念27-28
• 2.1.2 三相不平衡度的定义28-29
• 2.1.3 三相电网不平衡的危害29-30
• 2.2 电网不平衡对三相光伏并网逆变器的影响30-39
• 2.2.1 电网电压不平衡条件下正、负序电量描述30-31
• 2.2.2 三相电压PWM变流器的一般数学模型31-32
• 2.2.3 电网电压不平衡条件下三相光伏并网逆变器的数学模型32-33
• 2.2.4 电网不平衡对常规控制策略下三相光伏并网逆变器的影响33-39
• 2.3 电网不平衡控制策略39-45
• 2.3.1 抑制二次无功功率控制策略41-43
• 2.3.2 抑制网侧负序电流控制策略43-44
• 2.3.3 抑制直流电压谐波控制策略44-45
• 2.4 电网不平衡电压的检测45-53
• 2.4.1 二次谐波滤除法45-49
• 2.4.2 正、负序滤波器法49-53
• 2.5 系统仿真验证53-56
• 2.5.1 抑制网侧负序电流控制策略53-55
• 2.5.2 抑制直流电压谐波控制策略55-56
• 2.6 本章小结56-58
• 3 光伏并网逆变器LCL滤波器设计及控制技术58-90
• 3.1 LCL滤波器原理58-60
• 3.2 LCL滤波器稳定性分析60-71
• 3.2.1 传感器位置对系统稳定性的影响61-65
• 3.2.2 网侧电感对系统稳定性的影响65-67
• 3.2.3 网侧电阻对系统稳定性的影响67-68
• 3.2.4 阻尼电阻对系统稳定性的影响68-71
• 3.3 LCL滤波器的工程设计71-77
• 3.3.1 LCL滤波器的设计原则71-75
• 3.3.2 100kW光伏并网逆变器用LCL滤波器设计实例75-77
• 3.4 虚拟电阻法77-84
• 3.4.1 传统的虚拟电阻法77-81
• 3.4.2 滤波阻尼法81-84
• 3.5 系统仿真与实验84-88
• 3.6 本章小结88-90
• 4 光伏并网系统低电压穿越研究90-120
• 4.1 低电压故障对光伏并网系统的影响90-92
• 4.1.1 电压跌落描述90-92
• 4.1.2 低电压故障对光伏并网系统的影响92
• 4.2 低电压穿越技术发展现状92-94
• 4.3 光伏并网系统低电压穿越技术研究94-108
• 4.3.1 双环控制下光伏并网逆变器的低电压穿越95-101
• 4.3.2 无功发生时光伏并网并网逆变器的低电压穿越101-104
• 4.3.3 无功发生对光伏并网系统的影响104-108
• 4.4 非线性控制时光伏并网逆变器的低电压穿越108-118
• 4.4.1 非线性控制低电压穿越策略109-113
• 4.4.2 非线性控制下系统直流电容设计113-114
• 4.4.3 非线性控制下系统测试114-118
• 4.5 本章小结118-120
• 5 大规模光伏并网系统的集群控制120-148
• 5.1 大规模光伏并网系统设计原则121-122
• 5.2 大规模光伏并网系统集群控制模式122-135
• 5.2.1 光伏并网系统运行模式123-127
• 5.2.2 系统曲线模拟127-132
• 5.2.3 系统仿真分析132-135
• 5.3 效率优化集群控制策略135-144
• 5.3.1 N+1集群控制策略135-136
• 5.3.2 穷举法最大效率集群控制策略136-137
• 5.3.3 动态均分法集群控制策略137-139
• 5.3.4 系统仿真分析139-144
• 5.4 几种控制策略对比144-145
• 5.5 本章小结145-148
• 6 能量互馈式大功率并网逆变器全自动测试系统148-170
• 6.1 能量互馈式并网逆变器全自动测试系统原理148-150
• 6.2 能量互馈式并网逆变器630kVA PWM整流器主电路设计150-152
• 6.3 能量互馈式并网逆变器4U模块化控制系统设计152-158
• 6.3.1 控制系统硬件设计152-157
• 6.3.2 控制系统软件设计157-158
• 6.4 能量互馈式并网逆变器全自动测试系统试验结果及分析158-168
• 6.4.1 能量互馈测试系统性能测试结果及分析159-165
• 6.4.2 电能质量测试结果与分析165-167
• 6.4.3 电网电压、频率特性测试结果与分析167-168
• 6.4.4 防孤岛保护测试结果与分析168
• 6.5 本章小结168-170
• 7 结论与展望170-172
• 7.1 全文结论170-171
• 7.2 未来研究工作展望171-172
• 参考文献172-184
• 附录A184-186
• 附录B186-188
• 作者简历188-192
• 学位论文数据集192

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