光伏并网发电系统综合控制与分析

【摘要】：近年来,太阳能光伏发电的大力发展,已经使其成为全球最受重视的新能源发电技术,并将逐步从补充能源向替代能源过渡。本文主要针对单级式光伏并网发电系统的运行控制进行了深入的分析与研究。首先,介绍了光伏电池的基本工作原理,对光伏电池在不同温度和光照下输出特性进行分析与研究；然后,在分析了传统最大功率点跟踪算法及其改进算法的基础上,提出了一种滞环比较和最优梯度法相结合的最大功率点跟踪算法,它很好地克服最大功率点跟踪过程中的振荡和误判问题,且能够有效消除直流电压的扰动纹波；当外界环境突变时,系统能快速稳定在新的最大功率点；然后介绍了三相单级式光伏并网逆变器的拓扑结构以及在不同坐标系下的数学模型,为后续研究光伏电站的控制策略提供了基础；结合实际工程,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了屋顶光伏并网发电系统的仿真模型,并进行了相应的仿真分析和数据验证；在此基础上,以MW级实际光伏电站为例,研究了独立光伏电站在电网正常工况及异常工况下的运行控制策略：电网正常情况下研究了光伏电站的启动/退出过程以及不同工况下的并网运行方式；异常情况下研究了过/欠电压、过/欠频率、反孤岛保护以及低电压穿越过程中光伏电站的运行控制。最后,在实际工程研究的基础上,本文搭建了光储系统的仿真模型,并进行了光伏电站与储能装置综合协调控制的仿真研究。研究表明,配合储能装置的合理利用,能够实现光伏电站的孤岛运行控制及随机功率波动的抑制,从而更好地提高电网运行稳定性并保证向重要负荷供电。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 并网逆变器 控制策略 储能装置
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.1 太阳能及其光伏发电10-11
• 1.1.2 各国光伏产业政策11
• 1.1.3 光伏并网发电标准11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 光伏并网发电系统研究现状12-13
• 1.2.2 最大功率点跟踪技术研究现状13-14
• 1.2.3 光伏并网逆变器研究现状14-15
• 1.2.4 储能装置研究现状15-16
• 1.2.5 孤岛效应现状研究16
• 1.3 课题研究内容16-18
• 第2章 光伏电池特性及最大功率跟踪技术18-28
• 2.1 光伏电池的工作原理及特性分析18-20
• 2.1.1 光伏电池的数学模型18-19
• 2.1.2 光伏电池模型及特性分析19-20
• 2.2 常用的最大功率点跟踪算法20-22
• 2.3 基于最优梯度的滞环比较MPPT算法22-27
• 2.3.1 滞环比较法原理22-23
• 2.3.2 最优梯度法原理23
• 2.3.3 基于最优梯度的滞环比较改进算法23-24
• 2.3.4 仿真对比24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 单级式光伏并网逆变器的控制策略研究28-45
• 3.1 并网逆变器拓扑结构及数学模型28-33
• 3.1.1 三相并网逆变器的拓扑结构28-29
• 3.1.2 三相并网逆变器的数学模型29-32
• 3.1.3 滤波电路参数设计32-33
• 3.2 光伏并网逆变器控制策略及仿真研究33-43
• 3.2.1 基于同步PI电流控制的并网逆变器仿真研究33-35
• 3.2.2 基于滞环电流控制的并网逆变器仿真研究35-38
• 3.2.3 基于PQ控制的并网逆变器仿真研究38-40
• 3.2.4 并网逆变器与APF统一控制及其仿真研究40-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 屋顶光伏发电系统仿真模型搭建与验证45-51
• 4.1 单相光伏发电系统并网仿真模型45-47
• 4.1.1 仿真背景45-46
• 4.1.2 仿真模型46-47
• 4.2 仿真分析与验证47-50
• 4.2.1 仿真结果分析47-48
• 4.2.2 数据验证48-50
• 4.2.3 误差分析50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 MW级光伏电站并网运行控制仿真研究51-63
• 5.1 三相MW级光伏电站仿真模型51-53
• 5.1.1 仿真背景51-53
• 5.1.2 仿真模型53
• 5.2 电网正常工况下的运行控制研究53-57
• 5.2.1 光伏电站启动/退出过程53-55
• 5.2.2 并网运行控制仿真研究55-57
• 5.3 电网异常工况下的运行控制研究57-62
• 5.3.1 过/欠电压保护57-58
• 5.3.2 过/欠频率保护58-59
• 5.3.3 低电压穿越保护59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 含储能装置的光伏电站运行控制仿真研究63-68
• 6.1 储能装置模型及其控制策略研究63-65
• 6.1.1 储能装置模型63-64
• 6.1.2 V/f控制策略仿真研究64-65
• 6.2 并网模式下的运行控制研究65
• 6.3 孤岛模式下的运行控制研究65-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果74-75
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作75-76
• 致谢76

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