光伏并网群控系统及控制策略研究

论文摘要

近年来，新能源光伏发电技术成为全球关注的热点。随着用电设备越来越多，光伏电站的容量变的越来越大。大容量的光伏电站在实际的运行环境中，由于天气和光照的变化，大部分时间不能工作在电站设计的满功率情况下。例如在早晨和黄昏或者多云和阴天时，太阳光的辐射量很低，电站可能工作在额定功率的30%以下甚至更低，而此时传统的集中式逆变器就会出现效率低的情况。为了提高光伏电站的发电效率，本文提出了光伏并网群控方法。光伏并网群控系统采用多台小功率逆变器代替原来的集中式逆变器，再通过优化控制，提高了系统在小功率运行时的发电效率。本文针对群控系统的控制策略进行深入的研究和分析。论文的主要贡献如下：（1）针对电站设计中逆变器的运行方式问题，提出了一种改进的等功率运行法。论文第二章详细介绍了群控系统的各种运行方法。改进的等功率运行法是等功率运行法和N+1运行方法的结合。首先启动1#逆变器，随着光照强度的增加，1#逆变器运行到额定的功率的100%时，如果光照继续增加，此时启动2#逆变器。由于群控系统中央控制器不间断的向所有逆变器发送指令电流。由于群控器发送的指令电流相同，所以系统中逆变器实现等功率运行。（2）针对群控系统的控制策略研究，提出了主从控制方式。为了使系统稳定运行，群控系统选择特定的一台逆变器作为主机向群控器发送采样数据,其他逆变器作为从机。主从控制方式又包括固定主从和循环主从方式。为了延长逆变器的使用寿命，本设计使用了循环主从控制方法。（3）基于提高电站电能质量的问题，提出了系统中各逆变器的启动和切除方法。逆变器的启动过程中，逆变器按照站点号循环启动方式。中央控制器向逆变器发送指令电流，逆变器根据接收到的指令电流实现自启动。中央控制向逆变器下发停机指令时，逆变器根据接收到停机指令自动停机。（4）论文在理论分析研究基础上，进行了硬件设计制造和软件编程调试，实验结果验证了本文设计的并网群控系统能够实现电站在全功率范围内运行时，同时具有较高的效率和较好的电能质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能光伏技术的发展史
• 1.2 光伏技术在国内外发展现状与趋势
• 1.2.1 国内光伏技术发展现状及趋势
• 1.2.2 国外光伏技术发展现状及趋势
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 第二章 光伏并网群控系统的理论研究
• 2.1 光伏并网发电技术
• 2.1.1 光伏并网逆变器
• 2.1.2 光伏发电的最大功率点跟踪
• 2.1.3 光伏并网发电系统的孤岛效应及反孤岛策略
• 2.2 光伏并网群控系统的工作原理
• 2.2.1 群控系统的结构设计
• 2.2.2 逆变器并联方式选择
• 2.2.3 改进的等功率运行法
• 第三章 光伏并网群控系统的控制策略
• 3.1 群控系统的主从控制方式
• 3.1.1 固定主从控制方式
• 3.1.2 循环主从控制方式
• 3.2 群控系统硬件设计
• 3.2.1 中央控制处理器 LPC2129
• 3.2.2 上层控制器的硬件组成
• 3.3 群控系统指令电流的计算
• 3.3.1 MPPT
• 3.3.2 PI 控制器
• 3.4 群控系统的控制方法
• 3.4.1 逆变器的启动
• 3.4.2 逆变器的切除
• 3.5 群控系统效率研究
• 3.5.1 单台逆变器并网效率分析
• 3.5.2 多台逆变器并网效率分析
• 3.5.3 效率比较
• 第四章 光伏并网群控系统（上位机）的程序控制
• 4.1 系统总程序流程
• 4.2 中断处理程序
• 4.3 计算指令电流
• 4.4 数据传输及接收数据处理
• 4.4.1 CAN 总线
• 4.4.2 CAN 总线收/发数据
• 4.5 通信故障处理和通信协议
• 4.5.1 通信故障处理
• 4.5.2 通信协议
• 第五章 监控系统的设计
• 5.1 监控软件功能介绍
• 5.2 监控软件界面设计
• 5.3 监控软件的通信接口
• 5.4 监控软件的通信协议
• 第六章 光伏并网群控系统的硬件平台
• 6.1 硬件平台
• 6.2 实验研究分析与结果
• 第七章 总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 改进和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文