光伏并网系统故障穿越关键技术的研究

【摘要】：太阳能光伏并网发电是利用绿色可再生能源实现电能开发的重大课题,可以解决环境污染、能源短缺和气候变化三大全球问题。光伏并网发电实际上属于“能源互联网”的范畴,要推动大规模清洁绿色光伏发电在“能源互联网”中的利用,需要提高其暂态故障下的故障穿越问题,即不间断的运行能力。光伏并网系统故障穿越需要解决网端技术问题,包括实现不同故障条件下的有功无功控制,消除电网不对称故障下的负序分量及谐波分量,提高光伏逆变器锁相跟踪响应速度,抑制电网短路电流的冲击。针对网端的故障穿越关键技术,本文主要分析利用坐标运算进行有功无功控制的穿越方案;研究了一阶比例谐振控制器分离正负序分量的原理;将一阶谐振控制方法应用到锁相跟踪上并研究了锁频环同步监测方法;从能量耗散角度设计一种低成本、可操作性强的短路电流抑制方法。建立了光伏并网系统不对称故障下的数学模型,分析了静止坐标系下逆变器瞬时有功和无功功率控制原理,讨论了设定不同电流参考指令获取所需的控制目标方法,在此基础上引入调节系数k1和k2,采用一个电流参考指令实现多种控制目标的灵活切换方法。为了解决坐标运算分离正负序分量产生的延时和误差问题,提出了一种降阶的谐振(Reduced Order Resonance,ROR)调节器控制策略,通过改写二阶谐振环节的表达式,将二阶谐振降阶成两个具有不同极性的一阶复数滤波器,弥补了比例谐振控制器对极性频率无选择性的缺陷。为了适应工程硬件和软件参数固有的误差环境,引入截止频率以提高ROR频带带宽,通过博德图工具确定截止频率参数作用效果,运用复变函数理论解决ROR调节器复数因子j的实现问题,采用Tustin变换方法给出ROR的离散化实现过程。为了解决光伏逆变器锁相环受电网负序分量干扰难以实时地跟踪电网基波信号的问题,提出一种基于ROR控制器的锁频环(Frequency-Locked Loop,FLL)同步技术。采用FLL代替经典PLL,解决PLL超调量大问题,引入积分反馈环节消除电网直流分量的干扰,采用小信号模型方法将FLL负增益系数线性化,获得FLL一阶频率响应特性,提高其在变频场合的自适应能力。当控制策略难以满足电网严重故障的穿越要求下,需要优先考虑无功补偿装置方法。为了抑制短路大电流对光伏逆变器等设备的冲击破坏,致力于实现硬件补偿的经济性和可操作性,本文提出网侧投切多级耗散电阻抑制短路电流的控制策略,通过整定多级耗散电阻的阻值、调试投切运行时间、设计具有电压频率双响应的稳定域投切逻辑和平滑能量耗散的多级开关投切方法等措施,最大程度地优化故障穿越期间耗散电阻投切性能,提高光伏并网系统在电压跌落、电压骤升和频率跳变场合的穿越能力。 【关键词】：光伏并网系统 故障穿越 功率控制 降阶谐振调节器 锁频环 耗散电阻
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-13
• 1.2 电网故障对光伏并网系统的影响13-14
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势14-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 光伏并网系统故障穿越控制原理17-27
• 2.1 光伏并网控制模型17-18
• 2.2 控制原理分析18-19
• 2.3 控制目标19-22
• 2.4 仿真研究22-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 光伏并网系统故障穿越正负序分离技术27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 传统比例谐振控制策略27-28
• 3.3 一阶谐振控制策略28-32
• 3.3.1 一阶谐振原理28-30
• 3.3.2 一阶谐振算法实现30-32
• 3.4 光伏并网逆变器控制结构设计32-33
• 3.5 仿真验证33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 光伏并网系统故障穿越同步跟踪技术36-48
• 4.1 引言36-37
• 4.2 DSOGI-PLL原理37-38
• 4.3 ROR-FLL原理38-42
• 4.4 FLL性能分析42-44
• 4.5 仿真研究44-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 光伏并网系统故障穿越限流技术48-58
• 5.1 引言48
• 5.2 DR保护原理48-50
• 5.2.1 并网模型48
• 5.2.2 保护装置动作要求48-49
• 5.2.3 DR工作原理49-50
• 5.3 DR运行设计50-54
• 5.3.1 DR值的整定50-51
• 5.3.2 DR投切时间的估计51
• 5.3.3 DR投切控制策略51-52
• 5.3.4 多级DR52-54
• 5.4 仿真研究54-57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论58-60
• 附录60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果66-67
• 致谢67

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