微电网中光伏系统的控制与稳定性分析

【摘要】：社会对能源的需求和环境的恶化之间的矛盾,引发了各国对新能源的探索。太阳能由于其能量充足且不受地域性影响,是目前分布式电源研究的重点。但是分布式电源的并网给传统电网带来了很大的影响,而以微电网形式接入大电网不仅可以解决大规模接入问题,还可以使得各种分布式电源物尽其能。因此,研究光伏发电系统并入微电网时的控制与微电网的稳定性具有很重要的意义。 根据微电网运行特点,结合下垂特性思想,对并网逆变器提出的控制方法以满足微电网灵活运行的要求,进行了仿真分析。并对光伏系统在微电网中的稳定性进行仿真分析。仿真结果表明微电网在这种新型控制策略下可以稳定运行。针对微电网由联网进入孤岛瞬时对微电网稳定的影响,给出了几种孤岛检测方法结合控制策略以减小危害。具体研究内容如下： (1)研究了光伏阵列的发电原理和电气特性；运用MATLAB软件对光伏阵列进行了仿真；分析了光照强度和温度变化对光伏阵列伏安特性和输出特性的影响,探讨了光伏阵列的开路电压Ucc和短路电流Isc与温度T、光照S的关系,仿真结果得到,当光照S为某一特定值时,温度T光伏阵列的短路电流Isc和开路电压Ucc成反比；而当温度T某一特定值时,光照强度S与光伏阵列的开路电压Ucc和短路电流Isc成正比。 (2)光照强度和温度的变化会影响光伏阵列的功率输出。为了使光伏阵列输出功率始终最大,本文分析了恒定电压法、扰动观测法和增量导纳法这三种典型的最大功率跟踪方法的工作原理,并在光伏阵列仿真模型的基础上,利用MATLAB实现了导纳增量法对光伏阵列最大功率的跟踪。采用固定步长对光伏阵列进行跟踪,实现了仿真速度的加快。 (3)分析了光伏电池输出特性后,搭建了两级三相式光伏发电系统并网仿真模型。前级DC-DC转换器结合跟踪最大功率方法实现了光伏系统始终保持在最大功率输出,而且可以使输出的直流电压维持在需要的值。对后级逆变器的控制方法研究,根据微电网的运行特性,采用下垂特性思想来控制逆变器,在微电网联网运行时对逆变器采用基于下垂特性的PQ控制；而在微电网孤岛运行时,对逆变器采用基于下垂特性的V/f控制,并对控制策略进行仿真分析。仿真结果表明,控制策略可以实现光伏发电系统在微电网不同模式下的稳定运行。 (4)为了更加真实的模拟微电网运行特性,文中搭建的微电网中含有两种微电源,两种微电源分别带负荷在微电网中运行。针对不同模式下的暂态故障微电网恢复情况、负荷及光照的变化对微电网的影响,对微电网的稳定性进行仿真分析。仿真结果表明,微电网在给出的控制策略下可以稳定运行,证明控制策略的正确性和有效性。 (5)针对光伏发电系统的特殊性即直接将太阳能经转换器和逆变器接入电网,因此微电网中应包含完善的保护措施,以应对微电网由联网进入孤岛。在研究了国际上和我国对光伏系统的标准给出三种检测方法,结合控制策略减小进入孤岛时瞬时对微电网带来的影响。 【关键词】：微电网 控制策略 光伏发电系统 稳定性 孤岛检测
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的背景及意义11-14
• 1.2 光伏系统的特点及在微电网的应用14-16
• 1.2.1 光伏发电的特点14-15
• 1.2.2 光伏系统在微电网的应用15-16
• 1.3 国内外对光伏发电系统在微电网的研究16-18
• 1.3.1 控制算法的研究现状16-17
• 1.3.2 稳定性的研究现状17-18
• 1.4 本论文的主要工作18-19
• 第二章 光伏电池输出特性及最大功率点跟踪19-33
• 2.1 光伏电池工作原理及输出特性19-26
• 2.1.1 光伏电池工作原理19-21
• 2.1.2 光伏电池的输出特性21-22
• 2.1.3 光伏电池的数学建模以及光伏阵列的仿真分析22-26
• 2.2 最大功率点跟踪方法26-30
• 2.2.1 恒定电压法26-27
• 2.2.2 扰动观测法27-28
• 2.2.3 导纳增量法28-30
• 2.3 导纳增量法最大功率跟踪方法的仿真30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 微电网中三相两级式光伏发电系统控制策略33-55
• 3.1 前级DC-DC原理及仿真33-39
• 3.1.1 电路原理分析33-35
• 3.1.2 工作原理35-36
• 3.1.3 变换器参数的选择36-37
• 3.1.4 仿真模型及仿真分析37-39
• 3.2 后级DC-AC原理及仿真39-49
• 3.2.1 现有的微电网中光伏发电逆变器控制策略39-40
• 3.2.2 基于下垂特性微电网中光伏发电逆变器控制策略40-46
• 3.2.3 逆变器控制系统设计及运行特性仿真46-49
• 3.3 运行特性仿真分析49-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 微电网中光伏发电系统稳定性分析55-63
• 4.1 稳定性的分析55-56
• 4.2 微电网暂态稳定性的分析56-59
• 4.2.1 微电网在DG1侧发生三相短路故障56-57
• 4.2.2 微电网在DG1侧发生单相接地故障57-58
• 4.2.3 微电网在DG1侧发生两相接地故障58-59
• 4.3 微电网静态稳定性分析59-61
• 4.3.1 微电网运行时负荷变化时的仿真59-60
• 4.3.2 微电网运行时光照变化时的仿真60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 含光伏系统的微电网孤岛检测方法63-71
• 5.1 孤岛效应63-64
• 5.2 对孤岛检测方法的要求64-67
• 5.2.1 基本要求64-66
• 5.2.2 频率和电压保护功能测试方法66-67
• 5.3 并网逆变系统孤岛检测方法67-70
• 5.3.1 主动式检测67-69
• 5.3.2 被动式检测69
• 5.3.3 开关状态检测法69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79

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