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光伏发电并网控制及其暂态过程研究

作　者: 宋代春
导　师: 周雪松
学　校: 天津理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 光伏发电 系统建模 最大功率跟踪 逆变器控制 重复控制器 暂态稳定
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着能源枯竭与环境危机的加剧,开发利用新能源已成为当今世界的一大主题。这其中光伏发电以其经济、清洁、灵活得到了快速发展,受到人们的普遍关注和认可。针对我国大力发展光伏发电的时代背景,从实现大规模并网发电的角度出发,本论文致力于光伏发电并网控制及其暂态过程研究,其主要内容为:首先,综述了太阳能光伏发电的发展状况,系统分析了并网光伏发电系统的工作原理,分门别类地评论了当今并网逆变器的拓扑结构和控制技术,综合比较后,选定两级式光伏发电系统作为研究对象,采用直流变换器完成最大功率跟踪,运用逆变器完成直流侧电压稳定及电源逆变。此外,文章还就两级式系统中一些重要元件参数的选取给予了详细的分析与论述。其次,建立了光伏阵列的数学模型,基于电导增量法设计了光伏阵列的最大功率跟踪。借助光伏电池的数学模型,分析其输出特性,据此导出光伏电站中光伏阵列的组建原则;在此之上,运用电导增量法实现光伏阵列的最大功率跟踪,并模拟在外部环境因素突然变化时系统的跟踪效果,使其做到跟踪快、误差小的要求。再次,采用电压外环、电流内环的双环结构完成了两级式光伏发电系统的并网控制。通过并网逆变器的数学模型得知,带有LCL滤波器的并网逆变器阻尼小,稳定性差,因而采用状态反馈控制重新配置系统极点,借用重复控制器消除逆变器中的重复性扰动,在它们共同协作下完成并网电流控制;考虑到电压外环系统阶数高,控制器设计复杂,为保证直流侧电压的稳定,使用了根轨迹方法设计电压外环控制器。最后,分析了并网光伏发电系统的新特征,分析系统在受到大的扰动情形下系统的暂态过程,探究并网光伏发电系统的系统特性,试图找出提高系统暂态稳定的对策。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 本课题研究背景与意义  9-10
  1.2 太阳能光伏发电发展现状  10-12
    1.2.1 国外光伏发电的发展现状  10
    1.2.2 国内光伏发电的发展现状  10-12
  1.3 本文的主要工作  12-14
第二章 并网光伏发电系统  14-24
  2.1 光伏发电并网原理  14-15
    2.1.1 太阳能光伏发电原理  14
    2.1.2 光伏并网逆变器的控制原理  14-15
  2.2 太阳能并网光伏发电系统的拓扑结构  15-17
    2.2.1 单级式并网光伏发电系统  15-16
    2.2.2 两级式并网光伏发电系统  16
    2.2.3 多级式并网光伏发电系统  16-17
  2.3 并网逆变器的控制策略  17-19
  2.4 两级式并网光伏发电系统的结构设计  19-23
    2.4.1 直流变换器设计  20-21
    2.4.2 直流侧支撑电容的选取  21-22
    2.4.3 LCL 滤波器参数选择  22-23
  2.5 小结  23-24
第三章 光伏阵列模块特性及最大功率跟踪  24-32
  3.1 光伏电池模型及外特性  24-26
  3.2 光伏阵列模型  26-27
  3.3 最大功率跟踪  27-29
  3.4 实验仿真  29-31
    3.4.1 仿真条件设置  30
    3.4.2 仿真结果及分析  30-31
  3.5 小结  31-32
第四章 光伏发电系统的并网控制  32-46
  4.1 两级式并网光伏逆变器的控制策略  32-34
    4.1.1 前级DC/DC 变换器实现MPPT 功能的控制策略  32-33
    4.1.2 后级DC/AC 实现MPPT 功能的控制策略  33-34
  4.2 并网逆变系统的数学模型  34-37
  4.3 重复控制器设计  37-40
  4.4 并网逆变器直流母线电压的控制  40-42
  4.5 系统仿真  42-44
  4.6 仿真结果分析  44-45
  4.7 小结  45-46
第五章 并网光伏系统的暂态过程研究  46-50
  5.1 并网光伏发电系统的系统特性  46-47
  5.2 并网光伏发电系统暂态分析  47-49
    5.2.1 系统出力变动  47-49
    5.2.2 负荷突变  49
  5.3 小结  49-50
第六章 结论与展望  50-52
  6.1 工作总结  50-51
  6.2 未来工作展望  51-52
参考文献  52-57
发表论文和科研情况说明  57-58
致谢  58-59
附录1 基于Embedded MATLAB Function 的最大功率跟踪  59-60
附录2 并网光伏发电系统仿真模型  60-61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 各种发电 > 太阳能发电
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