无功功率补偿和谐波抑制的光伏并网系统研究

论文摘要

随着全球范围内能源紧缺和安全问题的日益突出,可再生能源的利用引起广泛的重视。目前,新能源的主要研究放在了太阳能利用和风能的利用上面。本文提出了一种新的光伏并网系统,它是利用光伏并网逆变主电路的特点,将光伏并网的发电控制与无功补偿、有源滤波相结合,在有效地进行光伏并网发电的同时,还可以对电网中的无功和谐波进行补偿或抑制,进而提高电网供电质量和能力,并减少线路损耗。在光伏并网发电的控制中,研究了光伏并网发电拓扑结构、太阳电池最大功率点跟踪、谐波及无功电流检测等,瞬时无功补偿和谐波抑制、最大功率跟踪等技术是本文的重点研究,这些问题的研究是为了很好地实现了光伏并网发电与无功补偿的统一控制。根据光伏并网发电中最大功率点跟踪问题,分析了光伏阵列的V-I特性与温度和日照强度,太阳能电池输出功率具有强烈的非线性。对光伏并网系统的MPPT方法做了进一步的研究,综合各种方法的优缺点,提出了一种改进型的MPPT算法。使用MATLAB中的POWER SYSTEM BLOCKSETS工具软件建立了单相光伏并网发电系统的动态模型,并进行了仿真,给具体的硬件设计提供了极为有效的帮助。通过仿真研究,验证了MPPT方法的正确性。在有源滤波器的工作原理基础上,基于光伏并网系统特点,提出了将谐波和无功补偿与并网发电统一控制的思想,并对其控制思想进行了详细的分析。光伏并网发电系统可用于向电网提供有功功率,也可进行无功补偿、用作抑制谐波的有源电力滤波器（APF）。通过MATLAB进行了仿真分析。仿真结果说明了方案提出的可行性。最后阐述了系统基于DSP的软硬件实现方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 太阳能发电的发展前景
• 1.2 国内外光伏并网发电技术的研究现状
• 1.3 并网发电中谐波的危害
• 1.4 课题的研究背景、来源及研究意义
• 1.5 本文所做的工作
• 第二章 无功功率补偿和谐波抑制的光伏并网系统方案提出
• 2.1 无功功率补偿和谐波抑制的主系统的工作原理及拓扑结构
• 2.1.1 单相光伏谐波抑制和无功补偿系统
• 2.1.2 系统主拓扑结构
• 2.2 光伏并网系统的分类
• 2.2.1 电流型和电压型光伏并网发电系统
• 2.2.2 工频型和高频型光伏并网发电系统
• 2.2.3 可调度式和不可调度式光伏并网发电系统
• 2.3 方案选择
• 本章小结
• 第三章 太阳能电池的最大功率点跟踪研究
• 3.1 太阳能电池的基本原理和电路特性
• 3.1.1 光伏电池简介
• 3.1.2 太阳能电池基本原理
• 3.1.3 太阳能电池I-V 特性曲线
• 3.1.4 太阳能电池结温和日照强度对太阳电池输出特性的影响
• 3.2 太阳能电池模型与最大功率点跟踪方法
• 3.2.1 基于MPPT 常见的DC/DC 变换电路
• 3.2.2 最大功率点跟踪算法分类
• 3.2.3 最大功率点跟踪算法改进设计
• 本章小结
• 第四章 无功补偿和谐被抑制的并网研究
• 4.1 有源滤波器
• 4.1.1 有源电力滤波器的基本原理
• 4.1.2 有源电力滤波器的补偿原理
• 4.2 光伏系统的谐波和无功补偿
• 4.2.1 无功和谐波电流的检测
• 4.2.2 系统谐波和无功补偿的控制策略
• 本章小结
• 第五章 基于DSP 系统软硬件实现
• 5.1 系统主电路及控制框图
• 5.2 DSP及TMS320LF2407介绍
• 5.3 系统的控制框架
• 5.4 DSP 外围检测电路设计
• 5.4.1 采样电路
• 5.4.2 保护电路
• 5.4.3 驱动电路
• 5.5 软件设计
• 本章小结
• 第六章 光伏并网发电系统的仿真与分析
• 6.1 光伏系统MPPT 控制的仿真模型的建立
• 6.2 MPPT 仿真结果及其分析
• 6.3 无功补偿和谐波抑制仿真结果
• 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文