电网电压扰动下光伏发电改进功率控制

摘要

本论文受国家自然科学基金(51277184)资助。
　　随着传统能源的日益枯竭，人类亟需开发新能源发电技术以取代传统能源为全世界提供可靠环保的电能。分布式发电系统(Distributedgenerationsystem/DGsystem)是目前新能源接入电网的一个有效途径。其中，光伏发电(Photovoltaic/PV)以其清洁、安装方便等优势成为了本世纪最为重要的发电方式之一。近二十年里，光伏发电技术已经被欧美等发达国家广泛研究并运用。由于光伏发电具有间歇性，其大规模并网会对电网造成一定的冲击，同时，电网电压的扰动也会对光伏发电的正常运行产生影响，并降低光伏阵列的使用寿命。本文针对对称与不对称电网电压扰动情况下光伏发电逆变器的功率控制进行了研究，主要内容如下：
　　①建立了根据环境修正光伏电池输出特性的通用行为光伏阵列模型，分析了光伏发电的输出特性。研究了光伏发电直流侧控制策略，在Simulink中搭建了光伏发电系统的直流侧控制模型，分别对不同光照强度以及不同温度下光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)控制进行了仿真分析。
　　②探讨了光伏发电三种主要的逆变控制策略：恒压型逆变控制、馈电型逆变控制和支持型逆变控制。分别对于这三种逆变控制结构进行了研究，主要针对对称电网电压扰动下的支持型逆变控制策略进行了建模、仿真分析。以减小因投切负荷、发电机组所引起的对称电网电压扰动为控制目标，搭建了光伏储能电站模型，采用V/f下垂控制策略，根据其容量整定了下垂系数，使光伏储能电站具有功率补偿控制功能。此外，在支持型逆变控制光伏储能电站模型的基础上，又提出了一种多点光伏发电控制配合的光伏微网运行模式。在Simulink搭建了光伏微网模型，模拟了其在一天时间内光伏储能电站与用户光伏系统的配合运行过程。
　　③讨论了不对称电网电压扰动下光伏并网逆变器的控制。探讨了不对称电压扰动对于光伏发电系统运行特性的影响，推导了光伏阵列直流侧波动和输出功率波动的根源。对现有的不对称电压下光伏发电所采用的控制器进行了综述，探讨了不同控制器的结构及优劣。针对输出功率波动的抑制，本文罗列了三种比较常用的功率外环控制方法，分别对这三种方法进行仿真研究，探讨了其控制效果。
　　④在瞬时有功-无功电流控制策略(IARC)功率外环控制的参考电流基础上，通过引入两个调节参数，建立了能够灵活调节输出谐波与功率波动的功率外环控制电流参考值。推导了奇次谐波在不同调节系数下的有效值大小，参考了中科院电工所的GB/Z19964-2005标准和国际电气与电子工程协会IEEEStd.1547标准，对注入谐波限制进行了研究，提出了电流指令系数可行域内灵活调节的方法。推导了三次谐波与有功、无功波动幅值之间的关系，设计了基于谐波注入的不对称电压下光伏发电灵活控制策略，这种控制方式要求光伏发电逆变器能有效抑制其在不对称电压下的输出功率波动，进而减小光伏直流侧电压波动，同时也要求逆变器注入电网的谐波满足国内外对于谐波限制的标准。在PSCAD/EMTDC中搭建了模型并对该方法的有效性进行了验证。

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中文摘要

英文摘要

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

2 光伏发电建模及最大功率跟踪控制

2.1 引言

2.2 光伏阵列建模及特性分析

2.3 光伏发电最大功率跟踪控制算法

2.4 光伏发电最大功率点跟踪控制仿真分析

2.5 小结

3 对称电网电压扰动下光伏发电并网逆变器控制

3.1 引言

3.2 光伏发电并网逆变器控制方式分类

3.3 对称电网电压扰动下光伏发电下垂控制

3.4 多点光伏发电控制配合仿真分析

3.5 小结

4 不对称电网电压扰动下光伏发电并网逆变器控制

4.1引言

4.2不对称电网电压下光伏发电运行特性分析

4.3 不对称电网电压下光伏发电电流内环控制

4.4 不对称电网电压下光伏逆变器外环指令电流计算

4.5 小结

5 不对称电网电压下光伏发电改进功率外环控制

5.1 引言

5.2 不对称电网电压下光伏发电灵活控制及谐波特性分析

5.3 基于谐波注入的光伏发电功率波动抑制策略

5.4 基于谐波注入的光伏发电改进功率控制仿真分析

5.5 结论

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目