三相并网光伏发电系统的研究

论文摘要

光伏发电系统的研究已经成为社会关注的焦点,研究的目的是为了追求高效率的光伏发电系统,而光伏发电系统的效率受到很多方面因素的影响。太阳能电池输出的电压电流是非线性关系的,随着光照强度和环境温度的改变而改变。为了使光伏阵列输出最大功率,需要通过MPPT控制算法实现其对最大功率点的跟踪。本文在传统的扰动观测法基础上,采用恒压启动的dP-P&O算法,仿真并验证步长对跟踪速度和稳态精度的影响,最终确定采用恒压启动的变步长的dP-P&O算法,仿真验证该算法能够实现对最大功率点的快速跟踪,同时避免了在最大功率点附近的振荡,提高了光伏阵列的输出效率。并网电流谐波畸变率和功率因数是光伏系统两个重要性能指标。为避免开关频率给电网带来的谐波污染,通常在逆变器输出端加入滤波环节,对比分析L滤波器、LCL滤波器及带阻尼电阻的LCL滤波器滤波性能及对系统的影响,本文选择优化设计带阻尼电阻的LCL滤波器,并仿真分析其滤波性能和对系统的稳定性的影响。计算并分析了逆变器的动态数学模型,给出逆变器的平均信号模型。针对电网电压的不对称性情况,为保证输出量与电网电压的同频同相,实现单位因数控制,需通过锁相准确掌握电网电压的相位信息,本文通过PI控制对旋转dq坐标系下ud/uq进行控制,使其接近给定参考0来实现锁相,并在电网电压不对称情况下,对该锁相环跟踪电网电压的相位和频率的准确性进行了仿真分析;在逆变器数学模型基础上,通过对dq轴电流进行控制来实现有功与无功的解耦控制,根据零极点配置原则,优化电压外环和电流内环的PI参数,使系统的动态响应较快的同时,稳态误差得到了减小。本文对光伏系统的稳定性进行了分析,仿真验证在电网电压存在扰动的条件下光伏系统稳定性判据的正确性。仿真分析不同的光强变化率对光伏系统产生的影响,包括光伏阵列的输出特性及并网电流变化情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 光伏并网控制技术研究现状
• 1.2.2 最大功率点跟踪技术研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 并网逆变系统主电路参数设计
• 2.1 引言
• 2.2 三相并网逆变器主电路结构及技术指标
• 2.2.1 三相并网逆变器主电路结构
• 2.2.2 三相并网逆变器技术指标
• 2.3 直流母线电容设计
• 2.4 输出滤波器设计
• 2.4.1 LCL滤波器参数计算
• 2.4.2 对比分析LCL滤波器与L滤波器性能
• 2.4.3 阻尼电阻对LCL滤波性能影响仿真分析
• 2.4.4 阻尼电阻对逆变系统稳定性影响仿真分析
• 2.4.5 逆变器侧电感对并网电流影响仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 最大功率点跟踪技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 太阳能电池输出特性
• 3.2.1 太阳能电池的等效电路模型
• 3.2.2 太阳能电池输出特性仿真
• 3.3 最大功率点跟踪技术原理
• 3.4 最大功率点跟踪控制算法
• 3.4.1 恒压启动的定步长的dP-P&O控制算法分析
• 3.4.2 恒压启动的变步长dP-P&O控制算法分析
• 3.5 两种MPPT控制算法仿真
• 3.5.1 步长大小对定步长算法跟踪效果影响分析
• 3.5.2 改进dP-P&O控制算法仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 三相并网光伏发电系统控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 三相并网光伏发电系统结构
• 4.2.1 三相并网光伏逆变器动态建模
• 4.2.2 三相并网光伏逆变器开环特性分析
• 4.3 锁相环设计
• 4.3.1 三相电压对称情况下锁相环的数学模型
• 4.3.2 三相电压不对称情况下锁相环设计
• 4.3.3 三相电压不对称情况下PLL仿真分析
• 4.4 电流环的参数设计
• 4.4.1 同步PI电流控制技术
• 4.4.2 电流环PI参数设计
• 4.5 电压环的参数设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 并网光伏系统稳定性分析及系统仿真
• 5.1 引言
• 5.2 并网光伏系统的稳定性分析
• 5.2.1 光伏发电系统动态数学模型
• 5.2.2 光伏发电系统稳定性判据
• 5.3 并网点电压扰动对系统的稳定性影响的仿真
• 5.4 光强改变对系统的稳定性影响的仿真
• 5.4.1 光强恒定时系统仿真分析
• 5.4.2 光强缓慢变化时系统仿真分析
• 5.4.3 光强突变时系统仿真分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢