光伏并网发电系统功率稳定控制研究

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随着全球化石能源消耗量的日益增加,世界性能源危机已经来临,人类对绿色清洁能源的需求逐渐增加。太阳能具有取之无尽用之不竭、清洁无污染、分布广泛等优点而受到世界各国的广泛重视,是未来能源的发展方向,而光伏并网发电是利用太阳能最有效的方式之一。在实际工程应用中,当夜幕降临或有云层遮挡时,光伏阵列输出的有功电能会发生剧烈的波动;而在电力系统中存在各式各样复杂的负载,由此产生的无功和谐波将严重影响设备的正常运行,对电网的安全构成隐患。为了提高光伏并网发电系统的电能质量,提升发电效率,本文对光伏并网发电系统功率稳定控制展开研究,主要内容包括光伏并网发电系统原理、最大功率点跟踪控制、无功补偿与谐波抑制算法、复合储能系统的原理与控制等,并分别开展仿真研究,在实验室现有设备的基础上,设计并搭建了实验平台。本文具体研究内容如下:  (1)研究了光伏发电系统的原理,对不同结构的光伏并网发电系统的运行特性进行分析,设计了一种能够实现功率稳定控制和抑制谐波的光伏并网发电系统,为课题进一步的研究打好了基础。  (2)对光伏电池的原理和数学模型进行分析,介绍了几种典型的最大功率点跟踪算法,选择登山搜索法作为最大功率点跟踪控制的方法,并进行了仿真验证。  (3)分析了双向PWM逆变器的原理和运行特性。基于传统瞬时无功功率理论,分析了谐波检测和无功功率补偿原理,提出了一种改进的三相电网无功和谐波电流检测法,在电网电压频率发生偏移时,能快速、准确地检测出无功和谐波电流。而后给出了并网指令电流的合成方法,从而实现了并网发电、抑制谐波和无功补偿的综合控制,确定该系统电压外环及电流内环的双闭环控制策略,搭建了仿真模型,仿真结果验证了控制方法的可行性。  (4)对传统储能装置进行简单的介绍。研究了超级电容和蓄电池复合储能系统,该系统将超级电容和蓄电池进行优势互补,从而大大提高储能装置的性能,延长蓄电池的使用寿命。在分析了复合储能系统连接方式和运行模态之后,提出基于超级电容和蓄电池复合式储能系统的功率稳定控制策略,提高了储能系统的有功功率调节能力,并开展了仿真研究。  (5)介绍了光伏并网发电系统总体设计及选型原则,基于实验室现有设备设计了光伏并网发电系统实验平台,并着重对主控数字系统进行了研究和设计。  最后,在总结全文工作的基础上,提出了进一步研究的内容与今后工作的重点。
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