光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制的研究.pdf

1、隨著全球范圍內(nèi)能源緊缺和安全問題的日益突出，可再生能源的利用引起廣泛的重視。大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電是充分利用太陽能的一種有效方式，而光伏并網(wǎng)發(fā)電中的功率調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量、電壓穩(wěn)定和無功補償問題一直是人們關(guān)注的熱點問題。光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)PVPC(Photovoltaicgrid-connectedPowerConditioner)利用光伏并網(wǎng)逆變主電路的特點，將光伏并網(wǎng)的發(fā)電控制與無功補償、有源濾波相結(jié)合，在有效地進行光伏并網(wǎng)發(fā)電的同時，還

2、可以對電網(wǎng)中的無功和諧波進行補償或抑制，進而提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和能力，并減少線路損耗，該系統(tǒng)的使用可以節(jié)省相應(yīng)設(shè)備的投資，拓寬了光伏并網(wǎng)發(fā)電的應(yīng)用范圍，具有廣闊的發(fā)展前景。 文中深入研究PVPC的理論、拓撲結(jié)構(gòu)、太陽電池最大功率點跟蹤、諧波及無功電流檢測、并網(wǎng)功率的控制和孤島效應(yīng)的識別等，研制容量為30KVA的光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)樣機，在光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計和控制、瞬時無功補償和諧波抑制、最大功率跟蹤和孤島效應(yīng)識別等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域均

3、獲得滿意成果，很好地實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)發(fā)電與無功補償?shù)慕y(tǒng)一控制。 本文的主要研究內(nèi)容有： 一、PVPC系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu) 深入分析光伏并網(wǎng)逆變器和有源電力濾波器拓撲結(jié)構(gòu)的特點，結(jié)合并聯(lián)型APF控制原理，提出了具有無功補償功能的三相PVPC拓撲結(jié)構(gòu)，建立PVPC在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，分析了PVPC的工作機理和動態(tài)特性。 設(shè)計光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)器的主電路，對交流側(cè)并網(wǎng)濾波電抗器和直流側(cè)儲能電容的選擇提出了基于工

4、程設(shè)計的計算方法，并詳細分析了主電路結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。 二、瞬時無功和諧波電流的檢測和控制 根據(jù)瞬時無功功率理論，提出了基于DSP數(shù)據(jù)處理器的瞬時無功和諧波電流的在線檢測算法，有效的無功補償和諧波抑制功能，系統(tǒng)實驗表明，無功補償和諧波抑制的效果良好，反應(yīng)迅速。 三、系統(tǒng)的最大功率跟蹤 光伏陣列的V-I特性與溫度和日照強度有關(guān)且具有強烈的非線性，其最大功率的跟蹤控制一直是光伏系統(tǒng)技術(shù)研究的重要內(nèi)容之

5、一，本文在深入分析了影響最大功率跟蹤效果的幾種可能原因，研究常規(guī)的P&O法和IncCond法之間的本質(zhì)聯(lián)系，針對這兩種方法都無法避免的受日照強度變化而產(chǎn)生搜索方向誤判斷的缺陷，提出了二次電導(dǎo)增量法，從理論上證明該方式可有效地減少誤搜索的幾率，實驗驗證該方法可實現(xiàn)最大功率點的準(zhǔn)確跟蹤，具有跟蹤效率高、反應(yīng)速度快、電壓擺動小等特點。 四、PVPC的功率控制研究 PVPC系統(tǒng)中的有功功率和無功功率需要得到同時控制，論文對系統(tǒng)的

6、電壓同步方式、并網(wǎng)電流的相位換算和電流矢量的合成進行了詳細討論，提出了并網(wǎng)功率的合成算法，并在并網(wǎng)功率的調(diào)節(jié)控制中成功實現(xiàn)。 PVPC系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)穩(wěn)定和跟蹤控制是關(guān)鍵技術(shù)之一，其直接影響系統(tǒng)的控制效果和電磁噪聲，論文研究并分析提出了兩種控制方式： 1)采用常規(guī)的串聯(lián)校正方式，利用動態(tài)的電壓前饋抵消電網(wǎng)交流電壓的擾動影響，該方式可以有效減輕電流環(huán)的調(diào)節(jié)強度，減少跟蹤誤差。 2)采用廣義積分PI控制策略，實現(xiàn)對交流

7、電流的無差跟蹤控制，該方式可有效提高系統(tǒng)在全功率范圍的并網(wǎng)功率因數(shù)，并提高無功補償效果，有效降低系統(tǒng)的電磁噪聲。 五、孤島效應(yīng)的識別和群控技術(shù)研究 孤島效應(yīng)的識別方式有很多，但要在實際中能夠避開識別的所有死區(qū)，且能夠快速反應(yīng)，卻需要做大量工作。論文在研究分析孤島效應(yīng)的產(chǎn)生機理和已知的多種識別方式基礎(chǔ)上，重點對主動頻率偏移的識別方式進行了探討，提出了改進的主動頻率偏移方式——頻差相移方式。實驗表明該方式可以加快負載匹配時的

8、反孤島響應(yīng)時間，具有較強的抗噪聲影響能力，系統(tǒng)還集成了多種被動式反孤島措施，全面保證了反孤島的可靠性。 論文對大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制進行了研究，分析了并網(wǎng)群控系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略，提出了基于CAN總線的固定主從和循環(huán)主從控制結(jié)構(gòu)和方式，其控制策略可以有效提高規(guī)模化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的全系統(tǒng)效率。 六、三相30KVA的PVPC裝置樣機研制 本項目為國家“863”科技攻關(guān)項目，需要完成系統(tǒng)的樣機研制并投入光伏并網(wǎng)