LCL滤波的光伏并网系统控制及孤岛检测

论文摘要

分布式发电及智能电网相关技术研究的发展,为可再生能源发电提供了崭新的机会。肩负着应对世界性能源紧缺和环境污染的重任,在电网改造和能源结构调整的需求背景下,可再生能源发电,尤其是相关并网发电技术在近年来又面临了新的挑战。本文即针对可再生能源中的光伏发电技术展开研究,主要工作包括:(1)为了在中大功率并网系统中引入更具优势的LCL型滤波器,必须采用特殊的控制策略对LCL谐振峰加以抑制。本文基于环路反馈的有源阻尼方案对此展开了分析,并从光伏系统双模式运行及节省系统成本的角度,提出了一种基于滤波电容电压内环的双环控制策略。从控制策略提出、控制器参数设计、控制器性能分析三个方面对策略进行了详细阐述,给出了先内环后外环的参数设计方法,并通过仿真和实验验证了该方法的有效性。(2)由于基于电容电压内环的双环控制策略需要添加微分控制器以保证系统稳定,本文采用了在反馈环中添加一阶低通滤波器的方法,以减小微分环节对高频信号的敏感性。分析了低通滤波器参数对内环反馈有源阻尼效果的影响,给出了滤波参数取值范围的计算方法,并通过仿真和实验进行了验证。(3)将所提出的双环控制策略的应用扩展到系统双模式运行中。采用的运行方案在并网和独立情况下控制器完全相同,切换时仅需更改指令和反馈量,避免了控制器切换所带来的冲击。通过仿真验证了系统运行和模式间无缝切换的具体过程,证实了方案的有效性。(4)无论是避免孤岛效应的危害还是利用其提升电网的供电可靠性,都需要光伏并网系统配备快速有效的孤岛效应检测方案。在对主要的被动式和主动式孤岛检测方案进行分析评估之后,本文采用了一种基于单次谐波提取的阻抗检测方案,并将其应用于实际的单相及三相光伏发电系统,结合方案和系统的具体情况进行了软硬件设计,给出了系统框图和程序流程。最后,通过实验对方案进行了验证,证实了其简单有效、对系统采样能力和计算能力要求较低的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 光伏并网发电系统结构和功能介绍
• 1.2 LCL 滤波器的引入和相关问题
• 1.3 孤岛效应介绍及相关标准要求
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2.LCL 滤波的光伏并网系统控制策略
• 2.1 LCL 滤波器阻尼方案概述
• 2.2 双环控制方案的分析评估
• 2.3 基于LCL 滤波电容电压内环的双环控制策略
• 2.4 双环控制下的模式切换
• 2.5 本章小结
• 3. 孤岛检测技术的研究
• 3.1 常见孤岛检测方案及评估
• 3.2 基于单次谐波提取的电网阻抗检测
• 3.3 单相光伏系统孤岛检测
• 3.4 三相光伏系统孤岛检测
• 3.5 本章小结
• 4. 实验验证
• 4.1 实验平台介绍
• 4.2 双环控制策略的验证
• 4.3 阻抗检测方案的验证
• 4.4 本章小结
• 5. 全文总结及展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作不足及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目