本文關(guān)鍵詞：光伏微網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)研究

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【摘要】：在一次非可再生能源面臨枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天,為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、解決能源危機(jī),世界各國(guó)都在大力發(fā)展可再生能源。將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于微型電網(wǎng)中,不僅實(shí)現(xiàn)了分布式清潔可再生能源的大規(guī)模利用和靈活控制,而且通過(guò)減少煤、石油等化石能源的使用量來(lái)達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的,成為未來(lái)電網(wǎng)向智能化方向發(fā)展的必要途徑。微網(wǎng)作為未來(lái)主要的供電方式之一,以其靈活性、即插即用性等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅猛發(fā)展,與微網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)能源不同,太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源作為微源接入至微型電網(wǎng)中,微源輸出功率所存在的間歇性和不確定性、大量的電力電子裝置、復(fù)雜的控制策略并網(wǎng)等,都會(huì)給微網(wǎng)帶來(lái)新的電能質(zhì)量問(wèn)題,如微網(wǎng)電壓波動(dòng)、電壓電流波形畸變、三相電壓不平衡等。因此,為了保證光伏微網(wǎng)的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行,需要對(duì)光伏微源產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題展開相應(yīng)的研究,并提出有效的解決途徑,以滿足用戶日益嚴(yán)格的用電需求。本文主要從光伏特性與控制、混合儲(chǔ)能、有源電力濾波器三個(gè)方面展開研究,將微網(wǎng)系統(tǒng)中的可再生能源并網(wǎng)接入技術(shù)與電能質(zhì)量問(wèn)題的治理技術(shù)相結(jié)合,主要圍繞繞光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)、混合儲(chǔ)能及有源電力濾波器在微網(wǎng)電能質(zhì)量治理等方面展開研究,論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)在綜述了大量中外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析和闡述了光伏微網(wǎng)中諧波、電壓波動(dòng)、電壓閃變等電能質(zhì)量產(chǎn)生的原因及其研究現(xiàn)狀,總結(jié)了儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及其在改善微網(wǎng)電能質(zhì)量方面的作用及研究現(xiàn)狀。(2)首先對(duì)光伏微源的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了闡述和驗(yàn)證,并根據(jù)光伏陣列廠商給出的5個(gè)參數(shù)對(duì)光伏微源進(jìn)行仿真建模,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。為了使光伏微源能夠在一定自然條件下運(yùn)行在最大功率點(diǎn),文中探討了MPPT點(diǎn)的三種算法,即恒電壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法、擾動(dòng)觀察法,在分析了每種算法的優(yōu)缺點(diǎn),確定采用擾動(dòng)觀察法,并通搭建Boost仿真電路,驗(yàn)證了MPPT算法中擾動(dòng)觀察法的有效性。本課題的光伏微源采用一種基于電網(wǎng)電壓的定向并網(wǎng)方案,該方案以電網(wǎng)電壓為基準(zhǔn)將三相電流在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行控制,不僅可以達(dá)到無(wú)靜差的效果,還可以完成有功和無(wú)功功率的解耦控制。本章最后完成了對(duì)光伏微源底層控制方案的設(shè)計(jì),使得并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中的光伏微源能夠以最大或可控的有功功率(在容量范圍內(nèi))對(duì)外輸出能量,功率因數(shù)也可靈活調(diào)節(jié)。(3)對(duì)儲(chǔ)能元件及蓄電池、超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了闡述和分析,通過(guò)理論證明混合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的缺陷,提高儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷、平抑功率波動(dòng)的能力,大幅增加大容量蓄電池的使用壽命；隨后建立了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的主電路拓?fù)?分析了雙極性直流-直流變換器的工作原理及控制策略；最后利用Matlab/Simulink軟件搭建了光儲(chǔ)模型,仿真結(jié)果表明超級(jí)電容和蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠大幅度提高系統(tǒng)平抑輸出功率波動(dòng)的能力,實(shí)現(xiàn)光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的高壓直流側(cè)電壓穩(wěn)定,從而有利改善光伏微網(wǎng)的輸出電能質(zhì)量。(4)為了解決微網(wǎng)諧波電能質(zhì)量問(wèn)題,本研究提出采用被動(dòng)治理法,通過(guò)在重要節(jié)點(diǎn)布置APF去治理微網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題。APF治理的主要原理是在公共耦合并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))注入與微網(wǎng)諧波電流相反的電流去改善電能質(zhì)量,同時(shí)本研究提出了利用瞬時(shí)無(wú)功理論檢測(cè)微網(wǎng)中的諧波。在APF控制方法的選擇上,考慮到重復(fù)控制器具有穩(wěn)態(tài)時(shí)可以完全消除靜差的內(nèi)核,所以本文從研究重復(fù)控制器內(nèi)核傳遞函數(shù)著手,設(shè)計(jì)了一種基于重復(fù)控制和比例積分控制結(jié)合的復(fù)合控制策略,將兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,新的控制策略擁有良好穩(wěn)態(tài)控制精度及跟蹤性能。為了驗(yàn)證重復(fù)控制算法在APF中應(yīng)用的可行性與正確性,搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,為了簡(jiǎn)化模型,略去微網(wǎng)間歇性發(fā)電設(shè)備,將微網(wǎng)整體看做一個(gè)非線性負(fù)載,將APF以并聯(lián)方式連接在微網(wǎng)并網(wǎng)PCC點(diǎn),用以抑制并網(wǎng)電流中的諧波成份。仿真結(jié)果證明重復(fù)控制法對(duì)于抑制諧波電流效果明顯。論文的主要成果如下：(1)本章完成了對(duì)光伏微源底層控制方案的設(shè)計(jì),使得并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中的光伏微源能夠以最大或可控的有功功率(在容量范圍內(nèi))對(duì)外輸出能量,功率因數(shù)可靈活調(diào)節(jié)。(2)利用Matlab/Simulink軟件搭建了光儲(chǔ)模型,通過(guò)本文研究的控制算法利用超級(jí)電容和蓄電池混合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠大幅度提高系統(tǒng)平抑輸出功率波動(dòng)的能力,并且提高光伏微網(wǎng)電能質(zhì)量。(3)設(shè)計(jì)了一種基于重復(fù)控制和比例積分控制結(jié)合的復(fù)合控制策略,將兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,新的控制策略在擁有良好穩(wěn)態(tài)控制精度的時(shí)候具有良好的跟蹤性能。最后基于MATLAB/Simulink的仿真驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)基于重復(fù)控制的APF控制策略的正確性。
【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電系統(tǒng) 微網(wǎng) 電能質(zhì)量 最大功率跟蹤 混合儲(chǔ)能
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 光伏發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2 光伏微網(wǎng)產(chǎn)生背景13-14
• 1.3 光伏微網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 儲(chǔ)能技術(shù)在微網(wǎng)中的應(yīng)用15
• 1.5 本文的主要工作15-17
• 第二章 光伏系統(tǒng)控制原理17-35
• 2.1 太陽(yáng)能電池的基本原理和電路特性17-18
• 2.1.1 太陽(yáng)能電池基本原理17
• 2.1.2 光伏微源的Ⅰ-Ⅴ特性曲線17-18
• 2.2 光伏微源的工程特性和建模18-22
• 2.2.1 光伏微源特性分析和最大功率點(diǎn)跟蹤問(wèn)題18-20
• 2.2.2 光伏微源工程模型20-21
• 2.2.3 光伏微源工程模型的仿真實(shí)現(xiàn)21-22
• 2.3 光伏微源的MPPT算法22-26
• 2.3.1 恒電壓跟蹤法22-23
• 2.3.2 電導(dǎo)增量法23-24
• 2.3.3 擾動(dòng)觀察法24-26
• 2.4 光伏微源的最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)現(xiàn)方案26-28
• 2.5 光伏微源的底層并網(wǎng)控制策略28-34
• 2.5.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型28-29
• 2.5.2 光伏微源基于電網(wǎng)電壓定向的并網(wǎng)控制29-31
• 2.5.3 基于dq坐標(biāo)系下的電流解耦控制31-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 基于儲(chǔ)能改善光伏微網(wǎng)電能質(zhì)量控制的研究35-47
• 3.1 儲(chǔ)能元件數(shù)學(xué)模型35-39
• 3.1.1 超級(jí)電容的數(shù)學(xué)模型35-36
• 3.1.2 超級(jí)電容的荷電狀態(tài)估算36-37
• 3.1.3 蓄電池的數(shù)學(xué)模型37-38
• 3.1.4 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型38-39
• 3.2 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成及其基本工作原理39-43
• 3.2.1 光儲(chǔ)系統(tǒng)主電路拓?fù)?/span>39-40
• 3.2.2 雙向DC-DC變換器工作原理40-42
• 3.2.3 雙向DC-DC變換器控制42-43
• 3.3 容量配置43-44
• 3.3.1 蓄電池定容43-44
• 3.3.2 超級(jí)電容定容44
• 3.4 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)仿真結(jié)果分析44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 基于重復(fù)控制器的微網(wǎng)電能質(zhì)量控制研究47-62
• 4.1 微網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題47-50
• 4.1.1 間歇性能源并網(wǎng)47-48
• 4.1.2 微網(wǎng)切換暫態(tài)48-49
• 4.1.3 小型DG或負(fù)載的單相接入49
• 4.1.4 接入點(diǎn)并聯(lián)、串聯(lián)諧振49
• 4.1.5 電流諧波注入49-50
• 4.2 基于APF改善微網(wǎng)電能質(zhì)量50-54
• 4.2.1 基于APF改善微網(wǎng)電能質(zhì)量原理50-52
• 4.2.2 基于瞬時(shí)無(wú)功理論的電能質(zhì)量諧波檢測(cè)算法52-54
• 4.3 基于重復(fù)控制的APF控制方法54-60
• 4.3.1 重復(fù)控制原理54-58
• 4.3.2 重復(fù)控制模型58
• 4.3.3 基于重復(fù)控制的APF微網(wǎng)電能質(zhì)量治理仿真58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62
• 5.2 展望62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-67

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10 歐陽(yáng)，

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