三相光伏并网发电系统的关键技术研究

【摘要】：大容量并网光伏电站由于其太阳能利用效率高、采用集中管理和控制技术等优势，成为太阳能发电的重点发展方向。但随着分布式发电系统的容量在电网中的比重不断提高，其对电网的影响已不能忽略。为确保电网安全稳定运行，大容量光伏电站需满足严格的并网技术要求。 根据《并网光伏发电专用逆变器技术条件》对光伏发电系统的要求，本文针对并网电能质量、低压穿越及孤岛效应等关键技术进行了研究。为了抑制电网电压畸变对并网电流的影响，本文提出了谐波电压间接补偿和谐波电流直接补偿两种方案并对其进行了对比。由于谐波电流直接补偿方法具有抑制谐波电流能力强及该控制结构同时可使逆变器作为有源滤波器运行，最终采用了谐波电流直接补偿控制方案。 由于负载的不确定因素，电网常常发生各种短时故障。分布式发电系统与电网直接相连时，逆变器的正常运行不可避免地受到影响，严重时将导致逆变器从电网解列。逆变器的频繁投切电网不仅对电力电子器件的寿命产生影响，同时注入电网的有功功率和无功功率的突然增大或减小会影响电网的稳定性。因此，在电网的可恢复故障期间，逆变器应有短时的故障耐受能力。配合光伏阵列的功率控制，针对对称故障和不对称故障分别采取了对应措施，使光伏逆变器具有了低电压穿越能力。 分布式发电系统中另外一个重要问题是防孤岛效应。在电网是否断电的情况未知时，不受监控光伏发电系统给局部负载供电会产生许多问题。针对该问题，本文采用主动式频率偏移法对孤岛效应进行判断，为提高检测速度，采取双向频率扰动并采用了频率正反馈加速频率偏移。孤岛发生时，该控制算法可快速偏移电压频率超出允许的范围，并停机保护。 本文对所提控制策略进行了仿真验证，逆变器并网电流谐波抑制能力得到了提高，实现了低压穿越和防孤岛效应功能，最后并在100kW光伏逆变器平台上进行了部分功能测试，验证所提控制策略的有效性。 【关键词】：并网光伏 矢量控制 电流谐波抑制 低压穿越 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】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的背景及意义8-9
• 1.2 光伏并网的研究现状及其发展9-15
• 1.2.1 并网逆变器拓扑研究现状9-12
• 1.2.2 逆变器控制技术研究现状12-13
• 1.2.3 并网电流谐波抑制研究13
• 1.2.4 低压穿越技术研究现状13-14
• 1.2.5 孤岛效应研究现状14-15
• 1.3 本文的主要内容15-16
• 第2章 逆变器控制策略研究及电流谐波抑制16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 单级式三相逆变器工作原理16-17
• 2.3 三相逆变器数学模型17-19
• 2.4 同步旋转坐标系下的系统控制方案19-20
• 2.5 并网谐波电流分析及抑制20-29
• 2.5.1 电网电压谐波补偿原理21-22
• 2.5.2 电网电压谐波检测算法及电压补偿设计22-24
• 2.5.3 电网电压谐波补偿结果分析24-25
• 2.5.4 谐波电流直接补偿25-27
• 2.5.5 并网电流谐波补偿结果分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 光伏逆变器低电压穿越技术研究30-37
• 3.1 引言30
• 3.2 光伏电站低压穿越技术要求30-32
• 3.3 三相对称跌落时的低电压穿越控制策略研究32-34
• 3.3.1 电网电压跌落时问题分析32-33
• 3.3.2 低压穿越控制策略33-34
• 3.4 结果分析34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 不平衡电网电压下逆变器控制37-48
• 4.1 引言37
• 4.2 光伏逆变器在三相电压不平衡时理论分析37-38
• 4.3 并网电流平衡控制策略38-43
• 4.3.1 并网电流负序分量控制分析40-41
• 4.3.2 结果分析41-43
• 4.4 抑制直流母线电压波动控制策略43-47
• 4.4.1 控制策略分析及方案设计43-45
• 4.4.2 结果分析45-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 光伏并网发电系统孤岛检测48-55
• 5.1 引言48
• 5.2 孤岛效应理论分析48-49
• 5.3 主动频率偏移法防孤岛效应方案设计49-53
• 5.4 结果分析53-54
• 5.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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