大型光伏电站低电压穿越控制策略研究

摘要

在传统能源危机加剧与人类生存需求激增的双重压力之下，太阳能发电技术得到了大力的推广和发展。然而，太阳能自身存在间歇性和不稳定性的缺点，输出波形质量较差时会严重干扰电网正常运行，尤其当并网点处电压跌落时会向电网引入大量的高频谐波，不利于系统的安全运行。因此，本文基于大量的文献查阅与研究，结合当前光伏发电技术的工业背景，以直流侧带有储能设备的大型双级式光伏电站为研究对象，对其低电压穿越控制策略进行了研究。论文的主要工作如下: 首先，针对大型光伏并网系统在不同电网故障工况下的低电压穿越问题，给出了当电网发生非对称性故障时，逆变设备会向电网中输送负序二倍频电压，且含有大量的高次畸变成分的特性分析，并对此开展了如何快速地实现电网电压检测与锁相、正负序电压分离、并网电压电流控制等一系列技术的研究。 第二，针对传统低电压检测方法中存在的速度慢及精度低的问题，通过设定过渡矩阵，构造电网电压矢量方程，引入了一种基于LES(Least Error Squares)滤波器的电压检测方法。该方法能够提取电网电压各次谐波分量，可以准确地计算出各次待求分量所对应的幅值大小和相角值。通过与传统低电压检测方法比较表明，该方法在一个周期内即可实现电网电压的分离，具有较快的响应速度。 第三，当电网发生非对称性故障时将导致并网点处电压发生畸变、出现负序二倍频电压分量等情况，论文利用LES滤波器所提取的基波分量，旋转变换得到其所对应的正交分量，并将二者作为SOGI-PLL(Second Order Generalized Integrator Phase Lock Loop)锁相环的输入，在αβ坐标系下，分解出对应的负序电压分量作为后续控制器的控制信号。 最后，为了消除大型光伏系统中的电压畸变，抑制负序电压分量，针对非对称故障工况，基于电压电流双闭环结构，提出了一种前馈的低电压穿越控制策略。此外，论文还研究了直流侧储能超级电容的充放电控制方法，提出了基于补偿因子的超级电容充放电控制策略，保证了前馈低电压穿越控制策略中参考输入的稳定，辅助光伏逆变设备的低电压穿越运行。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2课题国内外研究现状

1．2．1光伏发电的国内外研究现状

1．2．2低电压穿越技术的国内外研究现状

1．2．3超级电容的国内外研究现状

1．3本文主要工作

第2章光伏功率变换系统拓扑设计及模型建立

2．1光伏功率变换系统原理及拓扑设计

2．2前级Boost升压变换器拓扑及数学模型

2．3后级逆变器拓扑及数学模型

2．3．1基于dq变换的逆变器数学模型

2．3．2基于负序分量的逆变器数学模型

2．4基于超级电容的双向Buck／Boost变换器拓扑及数学模型

2．4．1双向Buck／Boost变换器工作原理分析

2．4．2双向Buck／Boost变换器数学模型

2．5本章小结

第3章面向低电压穿越的电压检测及分离方法研究

3．1电网电压跌落种类及特点

3．1．1对称跌落时的故障特征提取

3．1．2非对称跌落时的故障特征提取

3．2基于LES滤波器的电压跌落检测方法研究

3．2．1几种常见的电压检测方法

3．2．2基于LES滤波器的电压检测方法

3．3 LES-SOGI-PLL的同步信号提取方法研究

3．3．1几种常见的同步信号提取方法

3．3．2基于SOGI-PLL的同步信号提取方法

3．3．3基于LES-SOGI-PLL方法研究

3．4仿真分析

3．5本章小结

第4章非对称故障下低电压穿越控制策略研究

4．1基于负序电压前馈的低电压穿越控制策略研究

4．1．1基于电压定向的逆变器控制策略研究

4．1．2对称故障时的控制策略研究

4．1．3非对称故障时的负序电压前馈控制策略研究

4．2双向Buck／Boost变换器辅助控制策略研究

4．2．1面向储能的超级电容取值计算

4．2．2超级电容端电压波动性研究

4．2．3基于补偿因子的超级电容充放电方法研究

4．3基于补偿因子的负序电压前馈低电压穿越控制策略研究

4．4仿真分析

4．5本章小结

第5章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所做的工作