光伏并网逆变及低电压穿越控制策略研究

【摘要】：随着经济全球化深入发展,世界能源危机不断加重,人们对于传统化石能源的不合理利用使环境问题日益突出。因太阳能资源具有储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁性、经济性等优点使得太阳能发电技术得到广泛应用。光伏装机容量在世界各国新增装机容量中所占比例越来越大。逆变器作为光伏并网发电系统的核心,其控制系统设计的优劣直接影响整个并网系统的性能。而随着光伏电站在电网系统中的渗透率越来越大,其低电压穿越能力也开始引起人们重视成为研究热点。 本文以三相单级式并网逆变器为对象,深入研究了其在电网正常及故障运行状态下的控制策略,并对光伏逆变系统在电网电压故障时的低电压穿越控制策略进行了初步探索。 首先,推导建立了光伏电池的数学模型和简化后的工程模型,并详细介绍了传统最大功率点跟踪(MPPT)方法的原理及实现流程,为解决传统方法中存在的振荡现象,缩短跟踪时间提出一种恒压法与变步长电导增量法相结合的方法,并通过仿真验证了该方法寻优速度较传统电导增量法提高了5倍左右,且跟踪精度也明显改善。 其次,在充分了解光伏并网功率特性的基础上,对在电网正常运行状态下以电网电压矢量定向的光伏并网控制系统进行了仿真研究。利用坐标变换可以将交流量转换为直流量这一优势,将光伏逆变系统的数学模型转换到dq旋转坐标系下进行控制器的设计。本文选用电压电流双环控制,并给出了具体的参数计算方法。同时,详细研究了空间电压矢量的调制方法,通过编程实现SVPWM仿真模块的创立。 再次,电网发生故障时正负序分量的精确提取至关重要,本文在传统软件锁相环的基础上加入陷波器的设计,使其能够在电网故障时精确定位正序分量的相角,以实现基于双dp坐标变换的控制系统的设计,并对以抑制并网负序电流和以抑制直流侧电压波动为目标的控制策略进行深入研究。 最后,详细介绍了光伏并网低电压穿越技术要求,分析了逆变系统在电网故障时的动态特性变化,并在满足低电压穿越技术要求的前提下提出一种基于无功电流补偿的低电压穿越控制策略,该控制策略能够充分利用逆变系统的特性不通过增加额外硬件设备就能使光伏电站满足低电压穿越要求,并能向电网提供一定量的无功支撑并网点电压。 本文在深入研究整个光伏并网逆变系统的基础上,对并网逆变器在电网正常与故障状态下的逆变控制系统进行了设计,并通过仿真结果验证此控制系统具有良好的性能后,在此仿真平台上进行了光伏低电压穿越控制策略的仿真研究,仿真结果验证了该策略能够使光伏电站在并网点电压跌落时将并网电流限制在1.1倍的额定电流范围以内,并可以向电网输送一定量的无功,使并网点电压升高,从而在电网故障阶段使光伏电站保持并网运行。 【关键词】：光伏并网 MPPT 逆变控制策略 低电压穿越
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 全球能源现状与光伏发电发展概况12-16
• 1.1.1 全球能源现状12-13
• 1.1.2 太阳能发电原理及特性13-14
• 1.1.3 光伏发电发展现状与前景14-16
• 1.2 光伏并网发电技术研究现状16-18
• 1.2.1 光伏并网逆变控制技术研究现状16-18
• 1.2.2 光伏并网低电压穿越控制技术研究现状18
• 1.3 本文所做主要工作18-20
• 第2章 光伏阵列特性及MPPT算法研究20-34
• 2.1 光伏阵列特性分析20-24
• 2.1.1 光伏阵列的数学模型20-23
• 2.1.2 光伏阵列的工程模型23-24
• 2.2 MPPT方法研究24-29
• 2.2.1 恒定电压法25
• 2.2.2 扰动观测法25-27
• 2.2.3 电导微增量法27-28
• 2.2.4 改进变步长电导增量法28-29
• 2.3 光伏模型及MPPT模块仿真29-32
• 2.3.1 光伏阵列模型仿真29-30
• 2.3.2 MPPT仿真验证30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第3章 电网电压平衡时逆变器并网控制策略研究34-56
• 3.1 光伏并网逆变系统稳态功率分析34-36
• 3.2 电网平衡时光伏并网逆变系统的数学模型36-40
• 3.2.1 abc坐标系下的数学模型36-38
• 3.2.2 dq旋转坐标系下的数学模型38-40
• 3.3 基于电网电压定向的控制策略40-44
• 3.3.1 基于电网电压矢量定向控制分析40-41
• 3.3.2 双闭环控制系统设计41-44
• 3.4 空间矢量调制44-50
• 3.4.1 空间矢量的形成44-46
• 3.4.2 判断电压矢量所在扇区46-47
• 3.4.3 各空间矢量作用时间计算47-49
• 3.4.4 SVPWM输出模式及实现49-50
• 3.5 电压平衡时光伏并网系统仿真分析50-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第4章 电网故障时逆变器的控制策略研究56-74
• 4.1 不对称电压的abc/dq坐标变换56-58
• 4.2 电压不平衡时逆变系统的数学模型58-59
• 4.3 电压不平衡时光伏逆变系统控制策略59-66
• 4.3.1 电网故障时并网功率分析59-60
• 4.3.2 不对称电网电压正负分量的提取60-61
• 4.3.3 改进锁相环控制算法61-62
• 4.3.4 基于正、负dq旋转坐标系的逆变系统控制策略分析62-64
• 4.3.5 不同控制目标下控制策略研究64-66
• 4.4 电网故障时并网逆变系统控制策略仿真分析66-72
• 4.4.1 改进SPLL锁相环的仿真66-67
• 4.4.2 不平衡控制策略仿真67-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 低电压穿越控制策略研究74-86
• 5.1 光伏电站低电压穿越技术要求74-75
• 5.2 电网故障时光伏逆变系统动态特性分析75-77
• 5.3 基于无功支撑的低电压穿越控制策略分析77-78
• 5.4 低电压穿越控制策略仿真分析78-84
• 5.5 本章小结84-86
• 第6章 结论与展望86-88
• 6.1 总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-94
• 致谢94-95
• 学位论文评阅及答辩情况表95

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