本文選題：光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)　切入點：功率前饋　出處：《天津大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：隨著能源和環(huán)境問題的日益突出,作為清潔能源的太陽能越來越受到重視。大量非線性和沖擊性負(fù)載的出現(xiàn),其產(chǎn)生的諧波及無功電流對公共電網(wǎng)的污染也日益嚴(yán)重。為緩解這一問題,電力有源濾波器成為國內(nèi)外究的重點。常用的光伏發(fā)電中全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與有源電力濾波器相同,將光伏發(fā)電和有源電力濾波器結(jié)合在一起,組成光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Photovoltaic power conditioning system,PVPCS),在向電網(wǎng)注入有功功率的同時,補(bǔ)償非線性負(fù)載的無功和諧波電流。既提高了設(shè)備的利用率,節(jié)省了投資,又改善了配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。PVPCS采用傳統(tǒng)PI電壓外環(huán)和準(zhǔn)比例諧振(Quasi Proportional Resonant,Quasi-PR)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略。主要存在兩方面的問題:一是當(dāng)光照和溫度等環(huán)境參數(shù)突變時,光伏輸出功率與并網(wǎng)功率不平衡,在傳統(tǒng)PI電壓外環(huán)控制下,直流側(cè)電壓超調(diào)量大,動態(tài)響應(yīng)時間長,并網(wǎng)電流的總諧波失真增大,甚至可能威脅PVPCS的穩(wěn)定性。二是Quasi-PR電流內(nèi)環(huán)往往采用數(shù)字控制實現(xiàn),從而引入采樣、零階保持和滯后一拍等環(huán)節(jié),使PVPCS電流內(nèi)環(huán)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能下降,并網(wǎng)電流的總諧波失真增大,動態(tài)響應(yīng)時間增大。針對以上存在的兩方面問題,本文以兩級式單相光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例,從理論上分析了傳統(tǒng)控制策略造成直流側(cè)電壓波動的機(jī)理和數(shù)字控制對電流內(nèi)環(huán)的影響,設(shè)計了功率前饋電壓外環(huán)和預(yù)測控制電流內(nèi)環(huán)的新型雙環(huán)控制策略,并確定了控制參數(shù)。仿真結(jié)果表明,數(shù)字控制使電流內(nèi)環(huán)控制器和控制對象特性發(fā)生變化,系統(tǒng)階數(shù)升高,相位滯后增大,開關(guān)頻率及其整數(shù)倍頻率出現(xiàn)諧振,并伴隨有相位的跳變,控制參數(shù)的穩(wěn)定域縮小;受穩(wěn)定性的制約,穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能也下降,采樣頻率越低時上述影響越突出。功率前饋電壓外環(huán)能減小直流側(cè)電壓的波動,并減少動態(tài)響應(yīng)時間。預(yù)測控制的電流內(nèi)環(huán)能夠提前一拍輸出控制量,從而減小數(shù)字控制的不利影響,減小并網(wǎng)電流的總諧波失真和動態(tài)響應(yīng)時間。PVPCS系統(tǒng)在新型控制策略下,實現(xiàn)了對本地非線性負(fù)載無功與諧波電流的補(bǔ)償,同時將光伏陣列發(fā)出的功率最大程度地注入到電網(wǎng)中。本文對PVPCS進(jìn)行了仿真與實驗的驗證。在MATLAB中建立PVPCS的仿真模型,并對傳統(tǒng)控制策略和新型控制策略進(jìn)行比較。同時對基于DSP控制1kW的PVPCS實驗平臺進(jìn)行了軟硬件設(shè)計,通過實驗驗證本文分析正確性。
[Abstract]:With the increasingly prominent energy and environmental problems, solar energy, as a clean energy, has received more and more attention. A large number of nonlinear and impact loads appear. In order to alleviate this problem, active power filter (APF) has become the focus of research at home and abroad. The full-bridge topology of photovoltaic power generation is the same as active power filter (APF). Combining photovoltaic power generation with active power filter, the photovoltaic power conditioning system PVPCSs are formed to compensate the reactive power and harmonic current of nonlinear load while injecting active power into the power network. It saves the investment and improves the power quality of the distribution network. PVPCS adopts the traditional Pi voltage outer loop and the quasi-proportional resonant quasi Proportional Proportional quasi-PRA current inner loop. There are two main problems: first, when the environmental parameters such as light and temperature change, Under the traditional Pi voltage outer loop control, the DC side voltage overshoot is large, the dynamic response time is long, and the total harmonic distortion of grid-connected current increases. It may even threaten the stability of PVPCS. Second, the Quasi-PR current inner loop is often realized by digital control, thus introducing sampling, zero order holding and lagging one beat, so that the steady-state and dynamic performance of PVPCS current inner loop is reduced. The total harmonic distortion of grid-connected current increases and the dynamic response time increases. In view of the above two problems, this paper takes the two-stage single-phase photovoltaic grid-connected power regulation system as an example. The mechanism of DC side voltage fluctuation caused by traditional control strategy and the influence of digital control on current inner loop are analyzed theoretically. A new double loop control strategy for power feedforward voltage outer loop and predictive control current inner loop is designed. The simulation results show that the digital control changes the characteristics of the current inner loop controller and the control object, increases the system order, increases the phase lag, and resonates with the switching frequency and its integer frequency. Along with the jump of phase, the stable range of control parameters is reduced, and the steady-state precision and dynamic performance are also decreased due to the stability. The lower the sampling frequency is, the more obvious the effect is. The power feedforward voltage outer loop can reduce the fluctuation of DC side voltage. And reduce the dynamic response time. The inner loop of predictive control can beat out the control quantity in advance, thus reducing the adverse effect of digital control, reducing the total harmonic distortion of grid-connected current and dynamic response time. PVPCS system is under the new control strategy. The compensation of local nonlinear load reactive power and harmonic current is realized, and the maximum power emitted by photovoltaic array is injected into the power grid. The simulation and experiment of PVPCS are carried out. The simulation model of PVPCS is established in MATLAB. The traditional control strategy and the new control strategy are compared. At the same time, the software and hardware of the PVPCS experimental platform based on DSP control 1kW are designed, and the correctness of the analysis is verified by experiments.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615

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本文編號：1663355