三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略.pdf

1、鑒于光伏發(fā)電在全球電力能源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位，太陽能完全具備成為未來主要供應(yīng)能源的潛力，因此光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)成為了重要的研究方向。本文以三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略為研究對(duì)象，深入分析其工作原理并建立數(shù)學(xué)模型，針對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤方法、單級(jí)式和兩級(jí)式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略以及并網(wǎng)濾波器的設(shè)計(jì)原理等問題進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。 首先，本文根據(jù)太陽能電池的電氣特性以及光伏陣列在不同的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下的輸出特性，分別對(duì)目前幾種

2、經(jīng)典的定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)的最大功率跟蹤(MPPT)方法進(jìn)行理論分析，并結(jié)合DC/DC推挽電路的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；此外分析了光伏系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的由于采樣誤差而造成對(duì)實(shí)際功率計(jì)算產(chǎn)生嚴(yán)重偏差的影響，在此基礎(chǔ)上提出了采用恒壓法(CVT)啟動(dòng)的方法來改善系統(tǒng)的啟動(dòng)特性，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其改善后的啟動(dòng)性能。由于單級(jí)式三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中存在光照強(qiáng)度突然減弱而引起的直流母線下降甚至崩潰的問題，在常規(guī)的擾動(dòng)觀測(cè)法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)方案，通過在單級(jí)式

3、三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中驗(yàn)證了該方案的可行性。 其次，分析了三相光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立三相光伏并網(wǎng)逆變器的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型?；谌喙夥⒕W(wǎng)逆變器控制策略的研究現(xiàn)狀，以并網(wǎng)濾波器為切入點(diǎn)研究采用不同濾波器的三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制方案,尤其是重點(diǎn)研究基于LCL濾波器的三相并網(wǎng)光伏逆變器的控制策略。同時(shí)總結(jié)L型、LC型濾波器的設(shè)計(jì)原理，并且分析了在并網(wǎng)逆變器控制為電流源并網(wǎng)時(shí)采用LCL型濾波器的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)目前國內(nèi)外

4、LCL型濾波器的設(shè)計(jì)方法，分析幾種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了在盡量節(jié)約總的電感磁心材料的前提下，設(shè)計(jì)出濾波效果最優(yōu)的LCL型濾波器的參數(shù)值，同時(shí)還保證LCL型濾波器的諧振頻率不能太小，以免成為制約電流控制器設(shè)計(jì)時(shí)的因素，并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。 然后，通過分析 坐標(biāo)系下采用LCL型濾波器的三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，可以看出由于采用了LCL型濾波器，軸和 軸上的控制變量之間具有強(qiáng)耦合作用。如果通過狀態(tài)反饋解耦控制會(huì)使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)起來非常復(fù)雜

5、，于是本文基于 坐標(biāo)系采用了基于并網(wǎng)電流外環(huán)電容電流內(nèi)環(huán)電流的雙環(huán)控制策略，并提出了一套合理的控制器參數(shù)設(shè)計(jì)方法，針對(duì)PI控制器在靜止坐標(biāo)系下跟蹤正弦指令不能完全實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差的問題，引入PR諧振控制器，通過仿真和實(shí)驗(yàn)詳細(xì)地對(duì)比分析相同參數(shù)下PI控制器與PR控制器的性能。 為了滿足IEEE Std 929-2000標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)關(guān)于光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求中對(duì)并網(wǎng)電流波形畸變的規(guī)定，考慮LCL諧振峰抑制問題，提出了基于狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置與

6、重復(fù)控制相結(jié)合的控制策略，利用LCL型濾波器的電感電流和電容電壓的反饋量，將系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)配置在所希望的位置，從而獲得滿意的動(dòng)態(tài)特性，另外利用重復(fù)控制改善狀態(tài)反饋控制的穩(wěn)態(tài)性能，提高波形質(zhì)量，使系統(tǒng)兼具良好的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能，能滿足光伏并網(wǎng)控制的性能要求，并在三相光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上分別采用以上提出的兩種并網(wǎng)控制方案實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行并網(wǎng)電流控制策略的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 最后，深入分析兩級(jí)式三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)以及兩級(jí)