光伏电源利用交直流电机并网控制技术的研究

摘要

光伏系统的并网发电技术是现代光伏发电领域的一个研究热点。目前，光伏发电系统的并网大多通过逆变器实现，逆变器具有成本高、故障率高、谐波含量大、控制复杂等问题。本文充分利用电机寿命长、并网电能质量不受电网背景谐波影响，且在高压、大容量情形下运行维护成本低等优势，提出光伏发电系统利用交直流电机实现并网的方案，分别对光伏电源利用直流-笼型异步电机和直流-同步电机实现并网的系统进行研究。对光伏电源的最大功率点跟踪(MPPT)控制、直流电机转速控制、同步电机励磁控制以及光伏系统并网后的功率传输平衡控制进行了系统的研究和分析。
　　论文首先介绍了光伏发电的重要性以及光伏发电的发展现状，对光伏并网逆变器存在的问题进行探讨，提出光伏电源利用交直流电机并网的方案。
　　其次，介绍了光伏电源利用直流-笼型异步电机并网系统的结构，建立了该并网系统中各元件的数学模型，给出了并网控制策略，包括光伏电源的最大功率点跟踪控制以及直流母线稳压控制。采用扰动观测法和PI控制器实现光伏电源的最大功率点跟踪控制，对光伏系统并网后的功率平衡原理进行说明，通过调节直流电机的端电压实现直流母线电压的稳定控制。
　　然后，介绍了光伏电源利用直流-同步电机并网系统的结构，建立了该并网系统中各元件的数学模型，给出了并网控制策略，包括同步电机励磁控制、电机转速控制及并网后的功率传输控制。通过调节直流电机的端电压实现电机转速控制，即光伏系统并网前同步电机的频率控制。通过调节同步电机励磁电压实现光伏系统并网前同步电机的端电压幅值控制以及并网后的输出无功功率控制。
　　最后在MATLAB/Simulink环境下分别搭建了光伏电源利用直流-笼型异步电机并网系统和光伏电源利用直流-同步电机并网系统的模型，仿真验证了该并网方案的可行性，该方案下得到的并网电压、电流波形质量好，且光伏电源在采用直流-同步电机并网时能够同时向电网提供有功和无功功率，有利于改善电网功率因数。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外光伏发电的发展现状

1.3 光伏并网逆变器存在的问题

1.4 论文主要研究内容

第2章 直流-异步电机并网系统的结构及并网控制策略

2.1 直流-异步电机并网系统结构

2.2 直流-异步电机并网系统模型

2.3 系统并网控制策略

2.4 系统参数的选取

2.5 本章小结

第3章 直流-同步电机并网系统的结构及并网控制策略

3.1 直流-同步电机并网系统结构

3.2 同步电机模型

3.3 系统并网控制策略

3.4 系统参数的选取

3.5 本章小结

第4章 仿真分析

4.1 直流-异步电机并网系统仿真

4.2 直流-同步电机并网系统仿真

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢