具有电能质量控制功能的光伏并网功率调节系统研究

【摘要】：光伏并网功率调节系统（PVPC-photovoltaic grid-connected power conditioner）综合考虑了清洁能源利用和电网电能质量提高，将光伏并网与无功补偿、有源滤波控制相结合，有效地进行光伏发电、提高供电质量并减少功率损耗。国内外针对光伏功率调节系统的研究日益增多，应用领域也在不断扩展，我国针对该方面的研究开始较晚，研究效果还不够理想。本文针对光伏并网功率调节系统进行系统研究，特别是系统的控制环节。 首先对比分析了光伏并网逆变器与有源滤波器拓扑结构及控制原理上的一致性，将两种结构的统一控制应用于同时进行光伏并网发电和无功及谐波补偿的场合——光伏并网功率调节系统。本文中研究的PVPC系统采用两级式控制，前级实现直流侧光伏电池最大功率跟踪并提升输出电压值以满足后级需要；后级采用两种谐波补偿方案实现对电流的跟踪控制，达到光伏发电和改善电能质量的目的。 其中，在可以直接进行谐波电流检测的场合应用基于瞬时无功功率理论的ip-iq法进行谐波电流检测，进而获取含有光伏发电有功功率的有功电流与谐波电流合成为指令电流进行控制；当位于距离谐波源较远的逆变器侧时，基于谐波电流检测的方案将无法实施，这时考虑通过第二种谐波补偿方案，即基于公共耦合点(Point ofCommon Coupling, PCC)电压的方案，谐波电流因为分布式阻抗的缘故将转化为PCC谐波电压，通过对谐波电压的检测，获取系统的指令电流进行控制；传统的PI控制无法实现对交流量进行无静差的控制。为了更好的滤除特定次的谐波并进行无功补偿，本文分析比例谐振控制和比例复数积分控制并将其应用与光伏并网功率调节系统的电流跟踪控制。 本文通过建立光伏并网功率调节系统的Matlab仿真模型，设计系统参数，验证了理论分析的正确性和控制方案的可行性。为实现进一步验证，本文设计了以TMS320F2812为控制核心的实验平台，编写控制程序，通过对实验结果分析，表明系统可以在两种方案下稳定工作，性能良好，可以同时实现并网发电和谐波及无功补偿。 【关键词】：逆变器 光伏发电 有源滤波器 瞬时无功功率 PVPC
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题目的与意义11
• 1.2 光伏并网发电11-13
• 1.2.1 并网逆变器分类与拓扑结构12
• 1.2.2 并网逆变器控制12-13
• 1.3 并网电能质量改善13-15
• 1.3.1 谐波主要危害13-14
• 1.3.2 谐波治理方法14-15
• 1.4 光伏并网功率调节系统研究及应用15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 第2章 光伏并网功率调节系统原理分析18-24
• 2.1 光伏并网功率调节系统拓扑分析18-20
• 2.1.1 光伏并网系统与有源滤波器拓扑分析18-19
• 2.1.3 系统合成19-20
• 2.2 系统原理分析20-23
• 2.2.1 PVPC 数学模型分析20-21
• 2.2.2 基于向量图的状态分析21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 PVPC 系统控制原理研究24-62
• 3.1 光伏电池特性研究24-31
• 3.1.1 光伏电池基本原理24-26
• 3.1.2 光伏电池输出特性26-27
• 3.1.3 最大功率跟踪控制27-30
• 3.1.4 PVPC 系统前级建模与仿真分析30-31
• 3.2 基于负载电流检测的谐波补偿控制31-40
• 3.2.1 谐波补偿与无功抑制31-36
• 3.2.2 软件锁相环设计36-37
• 3.2.3 低通滤波器设计37-39
• 3.2.4 指令电流合成39-40
• 3.3 基于 PCC 电压检测的谐波补偿控制40-43
• 3.3.1 谐波补偿的基本原理40-43
• 3.3.2 指令电流合成43
• 3.4 逆变器电流控制43-50
• 3.4.1 比例积分谐振控制44-47
• 3.4.2 比例复数积分控制47-50
• 3.5 光伏功率调节系统仿真研究50-60
• 3.5.1 基于 ip-iq法的光伏功率调节系统研究50-55
• 3.5.2 基于 PCC 电压法的光伏功率调节系统研究55-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第4章 光伏并网功率调节系统实验平台设计62-68
• 4.1 硬件平台设计62-66
• 4.1.1 主电路设计62-63
• 4.1.2 驱动电路63-64
• 4.1.3 采样电路设计64-65
• 4.1.4 实验平台展示65-66
• 4.2 软件及程序设计66
• 4.3 本章小结66-68
• 第5章 实验结果与分析68-78
• 5.1 逆变器开环实验68
• 5.2 逆变器并网实验68-69
• 5.3 基于负载电流检测的系统方案实验69-74
• 5.3.1 有源滤波器实验69-73
• 5.3.2 基于 ip-iq法的光伏功率调节系统73-74
• 5.4 基于 PCC 电压法的系统方案实验74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果84-85
• 致谢85-86
• 作者简介86

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