光伏并网发电系统的孤岛检测技术研究

【摘要】：随着光伏产业的迅猛发展和国家政策对光伏并网的大力扶持,光伏并网技术成为研究热点之一,完善的孤岛检测技术是光伏并网发电系统实现安全可靠运行所必须具备的功能。本论文以单相光伏并网发电系统为研究平台,对光伏并网发电系统的孤岛检测技术进行了深入研究。本文对孤岛检测技术的若干理论问题进行了详细的分析,建立了孤岛检测数学模型,深入分析了各国孤岛检测标准,并将孤岛检测时间和低电压穿越技术要求相结合,给出了光伏并网系统发生孤岛时更为合理的动作时间,并对基于盲区理论的孤岛检测评价方法进行了系统地分析。被动式孤岛检测技术由于其实现简单,经济适用,虽存在一定的检测盲区,但仍被广泛运用,而电压幅值、频率提取是关键。本文重点对数字锁相环、强跟踪滤波器算法和二阶广义积分器锁频环三种电压幅值、频率提取方法进行了理论分析和仿真研究,并对比分析了各自的优势和存在的问题。综合考虑算法快速性、准确性及稳定性,首次将多通道二阶广义积分器锁频环应用于被动孤岛检测中,并搭建了单相光伏并网发电系统的孤岛检测仿真模型,实验结果证明了该算法在被动孤岛检测中能准确、快速提取幅值和频率,进而有效检测到孤岛的发生。被动孤岛检测无法解决功率匹配下的检测盲区问题,主动孤岛检测意在通过加入扰动来打破功率平衡,进而检测出孤岛发生。首先对主动移频法进行了理论分析和仿真研究,通过仿真结果分析了其优势及存在的弊端。在以上研究基础上,本文提出了一种新的孤岛检测方法即间歇性频率扰动法,该算法锁相环节采用多通道SOGI-FLL,可更为准确地对电压幅值和频率进行提取;采用若干个固定周波给予频率扰动,避免了过零检测易受干扰的问题;间歇性扰动改善了由于连续扰动带来谐波畸变率大的问题;适当加入幅值扰动,频率和幅值扰动双管齐下,进一步提高了孤岛检测的可靠性,仿真结果验证了该算法的有效性。搭建了基于可编程直流源的光伏阵列模拟实验装置,通过开环和闭环实验验证了该装置模拟效果的准确性和快速性,同时搭建了小型单相光伏并网发电系统硬件实验系统,完成了并网实验,为孤岛检测的后续研究提供了硬件平台。 【关键词】：光伏并网系统 孤岛检测 功率平衡 盲区 间歇扰动 光伏阵列模拟
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题的背景和意义10-13
• 1.1.1 光伏并网发电的重要意义10-11
• 1.1.2 光伏产业的国内外发展动态11-12
• 1.1.3 国家政策对光伏并网的大力扶持12-13
• 1.2 孤岛检测技术基本概述13-17
• 1.2.1 孤岛的产生机理及危害13-14
• 1.2.2 孤岛检测技术研究现状14-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 光伏并网系统孤岛检测技术的理论基础19-32
• 2.1 光伏发电系统分析19-21
• 2.1.1 独立型光伏发电系统19-20
• 2.1.2 并网型光伏发电系统20-21
• 2.1.3 混合型光伏发电系统21
• 2.2 孤岛检测模型的描述21-23
• 2.3 孤岛检测标准分析23-26
• 2.3.1 中国孤岛检测标准23-24
• 2.3.2 欧洲孤岛检测标准24
• 2.3.3 IEEE孤岛检测标准24-25
• 2.3.4 低电压穿越要求和孤岛检测标准的辩证分析25-26
• 2.4 孤岛检测评价方法26-31
• 2.4.1 基于功率失配区间的盲区描述法27-28
• 2.4.2 L/C负载组合的盲区描述法28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 被动式孤岛检测技术研究32-51
• 3.1 电压幅值、频率提取方法研究32-45
• 3.1.1 数字锁相环法32-35
• 3.1.2 基于强跟踪滤波器的锁相方法35-40
• 3.1.3 基于二阶广义积分器的锁频环算法40-45
• 3.2 单相光伏并网系统的构建45-47
• 3.2.1 控制策略分析45-46
• 3.2.2 仿真模型构建46-47
• 3.3 被动孤岛检测技术仿真研究47-50
• 3.3.1 负载参数计算47-48
• 3.3.2 仿真结果分析48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 主动式孤岛检测技术研究51-61
• 4.1 主动移频法研究51-56
• 4.1.1 AFD算法实现原理51-52
• 4.1.2 AFD算法的S-Function函数实现52-53
• 4.1.3 AFD算法仿真研究53-56
• 4.2 间歇频率扰动法56-59
• 4.2.1 算法实现原理56-57
• 4.2.2 仿真结果分析57-58
• 4.2.3 算法检测盲区分析58-59
• 4.3 间歇频率加幅值扰动法59
• 4.4 本章小结59-61
• 第5章 实验系统设计61-72
• 5.1 大功率太阳能电池阵列模拟装置研究61-67
• 5.1.1 太阳能电池阵列的U-I特性61-62
• 5.1.2 模拟系统工作原理62-64
• 5.1.3 控制系统设计64-65
• 5.1.4 实验结果分析65-67
• 5.2 单相光伏并网发电硬件实验系统67-71
• 5.2.1 实验系统结构67-68
• 5.2.2 硬件设计过程68-71
• 5.2.3 实验结果分析71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 结论72-75
• 6.1 全文总结72-74
• 6.2 后续研究展望74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果78-79
• 致谢79

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