三相光伏并网发电系统关键技术研究

【摘要】：大容量并网光伏电站既有绿色能源低碳环保的优点,又有管理、维护、扩容方便的优点,已成为分布式发电的重点发展方向。近年来,光伏发电装机容量在电网中所占比例逐渐升高,对电网造成重要的影响。因此,多国电力部门对光伏发电技术相继提出了严格的技术要求,并制定了相关的技术标准,以降低光伏发电对电力系统稳定性及可靠性的不良影响。论文对两级式三相光伏逆变器展开研究,完成控制系统的设计。同时,针对电网故障情况下逆变器电压跌落检测、低电压穿越运行与控制、孤岛检测及电网故障模拟装置等关键技术展开理论分析、仿真与实验研究。主要工作和研究成果如下:根据光伏并网发电的特点,建立了三相光伏逆变器的数学模型,对电压电流双闭环控制策略展开研究,仿真和实验结果显示,逆变器达到了光伏并网要求,实现了光伏逆变器的科学合理并网发电。研究了基于dq锁相环的电压暂降检测算法,采用二阶广义积分器实现电压正序分量、负序分量分离的方法对其进行改进,以达到电压跌落快速准确检测的目的。仿真研究发现,两种改进算法能够有效抑制谐波对检测结果的影响,解决了电压不对称跌落检测失败的问题,为研究LVRT控制策略奠定了基础。介绍了电压跌落发生器的基本原理,同时开展变压器式电压跌落发生器的仿真研究,实现了电压对称、不对称跌落故障的模拟。针对电压电流双闭环控制策略在LVRT期间所存在的问题,提出了无功补偿控制策略,通过动态分配有功、无功电流给定,抑制并网电流的增大,同时发出无功功率,支撑电网电压恢复,实现低电压穿越。鉴于孤岛现象的重大危害,防孤岛效应也是光伏发电系统的重要研究方向。本文对无功电流—频率正反馈孤岛检测方法展开研究,通过将正反馈放大系数由常系数变为变系数,加快了孤岛检测速度,实验表明该方法在快速检测孤岛的同时不会对输出电能质量产生影响。搭建光伏逆变器仿真模型,对所提解决方案进行了仿真分析,验证了理论分析的有效性。最后在24.5k W光伏实验平台上进行部分功能测试,实现了低电压穿越和孤岛保护功能,验证所提控制策略的有效性。 【关键词】：光伏并网 电压跌落检测 电网故障模拟 低电压穿越 孤岛效应
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 电压跌落检测研究现状11
• 1.2.1 电压跌落检测的概念及必要性11
• 1.2.2 国内外研究现状11
• 1.3 低电压穿越研究现状11-13
• 1.3.1 低电压穿越的概念及必要性11-12
• 1.3.2 国内外研究现状12-13
• 1.4 孤岛检测研究现状13-14
• 1.4.1 孤岛检测的概念及必要性13
• 1.4.2 国内外研究现状13-14
• 1.5 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 光伏逆变器数学模型及控制策略16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 光伏发电系统拓扑结构及工作原理16-17
• 2.3 逆变器数学模型17-19
• 2.3.1 ABC坐标系下逆变器数学模型17
• 2.3.2 αβ 坐标系下逆变器数学模型17-18
• 2.3.3 dq坐标系下逆变器数学模型18-19
• 2.4 电压电流双闭环PI控制19-22
• 2.4.1 电流内环PI控制器20-21
• 2.4.2 电压外环PI控制器21-22
• 2.5 系统仿真分析22-24
• 2.6 实验验证24
• 2.7 本章小节24-25
• 第3章 电压跌落检测方法研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 电网电压跌落种类及特点25
• 3.3 电网电压跌落检测方法25-27
• 3.3.1 直接计算法25-26
• 3.3.2 信号处理法26-27
• 3.4 基于dq锁相环的电压跌落检测27-32
• 3.4.1 常规dq锁相环电压跌落检测27-29
• 3.4.2 基波正序分量电压跌落检测29-31
• 3.4.3 基波正负序分量电压跌落检测31-32
• 3.5 仿真及结果分析32-34
• 3.5.1 电网电压对称跌落仿真32-33
• 3.5.2 电网电压不对称跌落仿真33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 低电压穿越技术研究35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 低电压穿越标准35
• 4.3 电网故障模拟装置V SG研究35-38
• 4.3.1 VSG分类35-37
• 4.3.2 变压器式VSG仿真及分析37-38
• 4.4 无功控制策略原理及控制参数整定38-39
• 4.4.1 无功控制策略原理38-39
• 4.4.2 控制参数整定39
• 4.5 光伏并网逆变器LV RT仿真研究39-42
• 4.5.1 双闭环控制策略LV RT仿真分析39-40
• 4.5.2 无功控制策略LV RT仿真分析40-42
• 4.6 实验验证42-45
• 4.6.1 双闭环控制策略LV RT实验42-43
• 4.6.2 无功控制策略LV RT实验43-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第5章 孤岛检测技术研究46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 孤岛效应发生机理及检测标准46-48
• 5.2.1 孤岛效应发生机理46-47
• 5.2.2 孤岛效应检测标准47-48
• 5.3 常用孤岛检测方法48-49
• 5.3.1 被动检测法48-49
• 5.3.2 主动检测法49
• 5.4 无功电流— 频率正反馈孤岛检测方案设计49-50
• 5.4.1 无功电流—频率正反馈孤岛检测原理49-50
• 5.4.2 正反馈放大系数设计50
• 5.5 仿真及结果分析50-53
• 5.6 孤岛检测实验53-56
• 5.6.1 实验设计53-54
• 5.6.2 实验结果54-55
• 5.6.3 实验结果分析55-56
• 5.7 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64

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