光伏并网发电系统有功无功综合控制研究

摘要

面对世界能源危机和全球环境问题的日渐突出，以太阳能为代表的清洁可再生能源正受到越来越广泛的关注。一般情况下，并网光伏发电系统只向电网输送有功电能。但是，在夜间或者光照强度较弱的情况下，光伏并网发电系统将停止供电，设备利用率较低。针对这一问题，本文采用基于瞬时无功功率理论的光伏并网发电系统有功无功综合控制策略，在实现系统并网发电的同时对电网无功进行补偿。在不增加专用无功补偿设备的情况下，提高整个系统经济性。
　　本文首先根据光伏电池的数学表达式，在仿真软件MATLAB/Simulink中建立模型。当外界温度、光照条件变化时，分析研究了光伏电池的输出电压、电流与输出功率之间的非线性特点。介绍了MPPT技术的实现原理，在传统模糊控制的基础上，将模糊规则自整定方法应用到光伏并网发电系统MPPT中，结合几种常见的MPPT方法，分别进行了对比仿真实现，结果表明基于模糊规则自整定MPPT方法在应对环境突变时也表现出良好的适应性。同时分析了PQ恒功率控制原理，搭建了PQ控制模型，验证了PQ控制的运行特性，实现了单位功率因数并网。
　　其次，介绍了瞬时无功功率理论，研究分析了逆变器控制方法，对光伏并网发电系统无功补偿功能的实现进行了理论探讨。在此基础上，仿真验证了基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测技术的可行性，仿真结果表明无功补偿效果良好，响应迅速。搭建了系统仿真模型，构成了并网发电与无功补偿功能的光伏并网综合控制系统。模拟仿真了白天、夜晚两种工况条件下，光伏发电系统对配电网功率的影响。仿真结果表明，夜晚具有无功补偿功能的光伏并网发电系统，对于减少电网传输无功、增大系统利用率，提高本地负载电压水平具有明显效果。
　　最后，研究了孤岛现象，介绍了光伏并网发电系统几种常用的主动式孤岛检测方法的实现原理及优缺点。搭建了基于滑模频率偏移法的孤岛检测模型，对孤岛状态进行检测与仿真控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外发展和研究现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 相关理论及技术的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 光伏并网发电系统仿真研究

2．1 光伏电池数学及仿真模型

2．2 最大功率点追踪(MPPT)控制模型

2．2．1 电导增量法原理介绍

2．2．2 模糊逻辑控制原理

2．2．3 模糊规则自整定控制

2．2．4 MPPT模型仿真及分析

2．3 光伏并网发电系统控制策略及模型

2．3．1 光伏并网发电系统PQ控制策略

2．3．3 光伏并网发电系统PQ控制模型

2．3．3 PQ控制仿真分析

本章小结

第3章 光伏并网发电系统无功补偿理论研究

3．1 瞬时无功功率理论及谐波和无功电流检测方法

3．1．1 瞬时无功功率理论公式推导

3．1．2 三相电路谐波和无功电流实时检测p-q法

3．1．3 三相电路谐波和无功电流实时检测ip-iq法

3．1．4 基于ip-iq方法的谐波和无功电流检测仿真研究

3．2 逆变器控制理论分析

3．2．1 逆变器输出有功和无功功率调节理论分析

3．2．2 逆变器直流侧电压控制

本章小结

第4章 光伏并网发电系统有功、无功控制仿真研究

4．1 系统仿真模型

4．2 仿真分析

4．2．1 白天工况条件下系统仿真

4．2．2 夜晚工况条件下系统仿真

本章小结

第5章 光伏并网发电系统孤岛检测研究

5．1 孤岛效应的产生及危害

5．2 逆变器孤岛检测控制方法

5．2．1 被动式孤岛检测方法

5．2．2 主动式孤岛检测方法

5．3 SMS孤岛检测仿真验证分析

本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果