计及感应电动机负荷的光伏并网系统的小干扰稳定性分析

摘要

随着传统能源的不断消耗以及环境污染的加剧，对新能源的开发利用已经成为全球重要的发展项目。太阳能发电以其储存量丰富且环保清洁等优点受到了极大的重视。光伏并网发电作为太阳能利用最为主要的应用形式，成为光伏利用的发展趋势。本文以三相单级式光伏并网发电系统为研究对象，首先介绍了光伏电池发电的基本原理，并建立了光伏阵列的数学模型及仿真模型，分析了其输出特性。接着根据其输出特性分析了光伏阵列的最大功率点跟踪问题，以及光伏并网系统所采用的控制策略并进行了仿真分析，最后运用特征值分析法分析了光照强度及感应电动机负荷参数对光伏并网系统的小干扰稳定性影响。
　　 本研究主要内容包括：⑴介绍了光伏电池的工作原理并且建立了光伏电池的数学模型，通过将光伏电池经过串并联组合成光伏阵列，得到系统所需要的输出功率。运用MATLAB软件分析了光照强度与环境温度变化对光伏阵列的输出伏安特性和功率电压特性的影响，结果表明，当光照强度一定时，随着环境温度升高，光伏阵列的短路电流缓慢减小，开路电压与最大功率点功率均降低；当环境温度一定时，随着光照强度增大，光伏阵列的开路电压变化缓慢，短路电流与最大功率点功率均随着光照强度的增大而增大。⑵光照强度和环境温度的变化使得光伏阵列的输出功率在不断地变化，为了使光伏阵列输出最大的功率，介绍了恒定电压法、开路电压法与短路电流法、扰动观测法和导纳增量法这几种常用的最大功率点跟踪方法的原理，运用MATLAB软件并结合S函数对开路电压法与短路电流法和扰动观测法进行了仿真分析。并对分析结果进行了相对跟踪误差的比较，结果表明：扰动观测法的跟踪误差最小，精度最高，具有良好的跟踪效果。⑶介绍了本文所建立的三相单级式光伏并网系统的总体结构，建立了各个部分的数学模型，包括：光伏系统、配电网系统以及感应电动机负荷模型，提出了直流电压外环与电流内环的控制策略。运用MATLAB／Simulink软件建立了光伏并网系统的仿真模型，通过仿真波形可以看出，光伏并网系统的直流电压能够跟踪到光伏阵列的最大功率点电压，并网电流与电网电压频率与相位均相同，稳态运行时并网电流波形质量良好，表明该控制策略的控制效果良好。⑷为了对所建立的光伏并网系统进行小干扰稳定性分析，推导了各个子系统的线性化模型，包括变换器子系统、配电网子系统与感应电动机负荷系统，在所得到的整个系统的线性化模型的基础上进行了特征值分析，分析表明在所采用的控制策略下，系统的所有特征值实部均具有负实部，整个系统是小干扰稳定的。⑸分析了光照强度以及感应电动机负荷参数变化对整个系统的影响。结果表明这些参数的变化均不会使系统出现干扰不稳定的情况。所选择的控制策略具有很好的鲁棒性，这样就使得光伏系统与配电网络或负荷系统间存在着弱联系。因此，本文的研究对于工程实际中控制系统参数的设计具有一定的指导意义，采用这种控制策略能够有效地抑制外界干扰对系统稳定性的影响。

目录

第一章绪论

第二章光伏阵列的特性及其最大功率点跟踪控制方法

第三章三相单级式光伏并网逆变器的工作原理与控制策略

第四章光伏并网系统的小干扰稳定性分析

第五章总结与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的学术论文

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