光伏并网有源电力滤波器的研究与设计

摘要

随着生态环境的恶化和资源的日益枯竭，新能源的开发利用越来越被人们所重视。在众多发开的新能源领域中，太阳能以其独特的优势逐渐成为世界各国发展的重点。光伏发电并网是人们利用太阳能的一种重要方式，它是将太阳能通过光伏电池转化成电能，然后再通过电力电子设备转换为能够供各种用电设备使用的交流电注入电力系统。由于电力电子器件在其中的使用，特别是并网逆变器，必然会产生大量的谐波，因此就需要特定的设备去消除这些谐波。当前光伏并网系统主要的滤波方式是利用无源滤波器，如L滤波器、LC滤波器和LCL滤波器。但是无源滤波器对器件本身参数的依赖性较大，电感和电容损坏或是受外界环境的影响而发生参数漂移就会影响滤波的效果。为此，我们设想将有源电力滤波器的思想应用到光伏并网系统中去。
　　论文首先简单研究了光伏电池和光伏并网系统的工作原理，主要是对系统产生谐波的原理进行了数学的推导。从数学分析我们得知光伏并网系统的谐波主要是由于逆变器工作在高频状态所致，因此我们对系统的模型进行了等效简化；然后是对光伏并网系统的等效简化模型进行了仿真，通过改变LCL滤波器的电感或电容的参数来模拟现实中可能出现的故障状况，研究在故障情况下无源滤波器的滤波效果。我们发现无源滤波器的谐波滤除效果对电感和电容的参数要求非常高，在元件无法正常工作的情况下系统会产生大量的低次谐波，这就是本课题所要研究的重点，在LCL无法正常工作的情况下如何使用有源滤波的方法去抑制谐波。在分析了有源电力滤波器的数学模型和工作原理的基础上，我们设计了光伏并网系统的有源滤波模块，包括ip-iq谐波检测方法，SVPWM控制算法的实现，参考电流的追踪，直流侧电压的控制。
　　最后，我们对将APF应用到光伏并网系统中进行谐波抑制的这种方法进行研究。我们将所设计的APF模块并联到等效简化的光伏并网系统模型中LCL滤波器的末端，通过Matlab仿真探究其滤波效果。由仿真结果分析我们发现，APF可以很好地补偿掉光伏系统在LCL滤波器发生参数漂移而无法正常工作时所产生的低次谐波，有效的支持了我们的设想。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 光伏并网系统的谐波治理

1.3 当前光伏并网系统在谐波治理中存在的问题

1.4 本文的主要工作

2 光伏并网发电系统及其谐波的产生

2.1 光伏发电系统的组成和分类

2.2 光伏电池的数学模型

2.3 光伏并网发电系统的数学模型

2.4 小结

3 光伏并网有源滤波器的研究与设计

3.1 光伏并网有源滤波系统

3.2 有源电力滤波器的结构和原理

3.3 光伏并网有源滤波系统的设计

3.4 小结

4 有源电力滤波在光伏并网系统中的应用

4.1 带LCL滤波的光伏并网系统的研究

4.2 带有源电力滤波的光伏并网系统的研究

4.3 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间从事科学研究及论文发表情况