三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行控制策略.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象，深入分析其工作原理并建立數(shù)學(xué)模型，針對光伏陣列的最大功率點跟蹤方法、單級式和兩級式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略以及并網(wǎng)濾波器的設(shè)計原理等問題進行全面系統(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度和環(huán)境溫度下的輸出特性，分別對目前幾種

2、經(jīng)典的定步長和變步長的最大功率跟蹤(MPPT)方法進行理論分析，并結(jié)合DC/DC推挽電路的實驗臺架上進行實驗驗證；此外分析了光伏系統(tǒng)啟動時的由于采樣誤差而造成對實際功率計算產(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)啟動的方法來改善系統(tǒng)的啟動特性，通過實驗驗證了其改善后的啟動性能。由于單級式三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中存在光照強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)的擾動觀測法的基礎(chǔ)上提出了一種改進方案，通過在單級式

3、三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中驗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。同時總結(jié)L型、LC型濾波器的設(shè)計原理，并且分析了在并網(wǎng)逆變器控制為電流源并網(wǎng)時采用LCL型濾波器的優(yōu)勢，針對目前國內(nèi)外

4、LCL型濾波器的設(shè)計方法，分析幾種設(shè)計方法的優(yōu)缺點，提出了在盡量節(jié)約總的電感磁心材料的前提下，設(shè)計出濾波效果最優(yōu)的LCL型濾波器的參數(shù)值，同時還保證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)計時的因素，并給出設(shè)計實例。 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耦合作用。如果通過狀態(tài)反饋解耦控制會使控制系統(tǒng)設(shè)計起來非常復(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)計方法，針對PI控制器在靜止坐標(biāo)系下跟蹤正弦指令不能完全實現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差的問題，引入PR諧振控制器，通過仿真和實驗詳細(xì)地對比分析相同參數(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)極點配置在所希望的位置，從而獲得滿意的動態(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)逆變器的實驗臺架上分別采用以上提出的兩種并網(wǎng)控制方案實現(xiàn)并網(wǎng)運行，同時進行并網(wǎng)電流控制策略的實驗驗證。 最后，深入分析兩級式三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行特點以及兩級