三相光伏并网发电系统控制器的研究与设计

论文摘要

太阳能不仅是当今能源的一个重要组成部分,更具备成为未来主要能源来源的潜力。三相光伏并网发电系统将太阳能转换为电能,以三相的方式并入电网。这种方式可以最大限度利用太阳能的特点并且方便电网对电能的管理和调度,将是太阳能利用的主要形式。但是三相光伏并网系统还存在一些问题：发电成本较高、发电效率偏低、在安全保护以及三相并网环节有待改进。因此本文以三相光伏并网发电系统的控制器为研究对象,以更加安全高效地利用太阳能为目标,进行了深入的研究并提出了相应的改进设计方案。本文介绍了光伏发电的相关概念和发展状况,研究并分析了光伏发电系统。将三相光伏并网发电系统的控制器分为四个主要部分：光伏阵列特性控制、并网策略、并网电流跟踪控制以及孤岛效应的防治。分别对四个部分进行了深入的理论分析和研究：针对光伏阵列特性控制问题,设计了光伏阵列的通用仿真模型结构,设计了基于电导增量法的最大功率点跟踪实现框图；针对传统并网策略无法处理负载注入电网的无功分量问题,本文设计了改进型并网控制策略,不仅能将有功能量有效地输入电网并且能补偿由于负载引入的无功能量,实现了电网电流与电网的电压同频同相；针对三相电流跟踪控制系统使用开环SVPWM在静态误差、抗扰动性以及动态特性等方面的不足,设计出基于SVPWM的并网电流跟踪控制方案,以无差拍控制作为反馈环节,可以使输出电流快速准确的跟踪参考电流；针对常用孤岛效应防治策略的不足,对被动式孤岛效应的检测方法进行改进,在识别过程引入小波分析,设计基于小波变换的孤岛效应防治策略,能快速地识别检测出一般被动式检测方法所无法识别得孤岛效应。为了验证本文方法所设计模块的控制效果,在MATLAB/Simulink仿真环境下,对本文设计各种改进方案分别进行了仿真。仿真结果证明了本文所设计方法的可行性和正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究三相光伏并网发电的背景及意义
• 1.1.1 太阳能光伏发电
• 1.1.2 光伏并网发电
• 1.2 光伏并网发电发展现状及趋势
• 1.2.1 国外光伏发电的现状及趋势
• 1.2.2 国内光伏发电的现状及趋势
• 1.3 光伏并网发电系统介绍
• 1.3.1 光伏发电系统的分类
• 1.3.2 并网光伏发电系统
• 1.3.3 光伏并网发电系统的组成
• 1.3.4 三相光伏并网发电系统控制器的结构
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 光伏阵列特性研究及其控制
• 2.1 光伏阵列的研究与建模
• 2.1.1 光伏阵列的发电原理
• 2.1.2 光伏阵列的数学模型
• 2.1.3 光伏阵列的仿真模型的建立
• 2.1.4 仿真结果及其分析
• 2.2 最大功率点跟踪控制
• 2.2.1 最大功率点控制的原理
• 2.2.2 电导增量法原理
• 2.2.3 最大功率点跟踪控制器的实现方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 三相光伏系统的并网控制
• 3.1 并联式静止无功补偿器
• 3.1.1 静止无功补偿器的基本功能原理
• 3.1.2 光伏并网系统与静止无功补偿器
• 3.2 瞬时功率理论
• 3.2.1 坐标系变换
• 3.2.2 瞬时功率理论定义的瞬时功率
• 3.2.3 瞬时功率理论的功率分析处理方法
• 3.3 基于瞬时功率理论的控制策略
• 3.3.1 三相光伏系统并网控制系统及其仿真结构
• 3.3.2 传统光伏并网的控制策略
• 3.3.3 实现无功补偿的控制策略
• 3.3.4 有功输出与无功补偿统一控制的并网控制策略
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于SVPWM的并网电流跟踪控制
• 4.1 电流跟踪控制系统的系统架构与设计
• 4.1.1 输出电路的分析
• 4.1.2 输出电路参数的设计
• 4.2 三维空间矢量控制策略
• 4.2.1 三维空间矢量控制的原理
• 4.2.2 三维空间矢量控制的实现过程
• 4.3 基于SVPWM的电流控制控制器的设计
• 4.3.1 基于SVPWM的电流环控制的结构
• 4.3.2 电网电压前馈设计
• 4.3.3 电流反馈控制的设计
• 4.3.4 仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于小波分析的孤岛效应防治策略
• 5.1 光伏并网系统的孤岛效应
• 5.1.1 光伏并网系统中孤岛效应形成原理
• 5.1.2 孤岛效应的危害
• 5.2 孤岛效应的防治
• 5.2.1 孤岛效应防治的原理与常用策略
• 5.2.2 孤岛效应防治的问题
• 5.3 基于小波分析的孤岛效防治策略
• 5.3.1 小波分析及其在电力问题中的应用
• 5.3.2 小波分析的基本原理
• 5.3.3 基于小波分析的孤岛效应防治
• 5.3.4 仿真验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢