光伏微網(wǎng)電能質(zhì)量控制技術(shù)研究.pdf

1、在一次非可再生能源面臨枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、解決能源危機(jī)，世界各國都在大力發(fā)展可再生能源。將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于微型電網(wǎng)中，不僅實現(xiàn)了分布式清潔可再生能源的大規(guī)模利用和靈活控制，而且通過減少煤、石油等化石能源的使用量來達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的，成為未來電網(wǎng)向智能化方向發(fā)展的必要途徑。微網(wǎng)作為未來主要的供電方式之一，以其靈活性、即插即用性等優(yōu)點而得到了迅猛發(fā)展，與微網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。與傳統(tǒng)能源不同

2、，太陽能、風(fēng)能等可再生能源作為微源接入至微型電網(wǎng)中，微源輸出功率所存在的間歇性和不確定性、大量的電力電子裝置、復(fù)雜的控制策略并網(wǎng)等，都會給微網(wǎng)帶來新的電能質(zhì)量問題，如微網(wǎng)電壓波動、電壓電流波形畸變、三相電壓不平衡等。因此，為了保證光伏微網(wǎng)的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要對光伏微源產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題展開相應(yīng)的研究，并提出有效的解決途徑，以滿足用戶日益嚴(yán)格的用電需求。本文主要從光伏特性與控制、混合儲能、有源電力濾波器三個方面展開研究，將微網(wǎng)系統(tǒng)

3、中的可再生能源并網(wǎng)接入技術(shù)與電能質(zhì)量問題的治理技術(shù)相結(jié)合，主要圍繞繞光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)、混合儲能及有源電力濾波器在微網(wǎng)電能質(zhì)量治理等方面展開研究，論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在綜述了大量中外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析和闡述了光伏微網(wǎng)中諧波、電壓波動、電壓閃變等電能質(zhì)量產(chǎn)生的原因及其研究現(xiàn)狀，總結(jié)了儲能技術(shù)的特點及其在改善微網(wǎng)電能質(zhì)量方面的作用及研究現(xiàn)狀。
　　(2)首先對光伏微源的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了闡述和驗證，并根據(jù)光伏陣列廠商給

4、出的5個參數(shù)對光伏微源進(jìn)行仿真建模，驗證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。為了使光伏微源能夠在一定自然條件下運(yùn)行在最大功率點，文中探討了MPPT點的三種算法，即恒電壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法、擾動觀察法，在分析了每種算法的優(yōu)缺點，確定采用擾動觀察法，并通搭建Boost仿真電路，驗證了MPPT算法中擾動觀察法的有效性。本課題的光伏微源采用一種基于電網(wǎng)電壓的定向并網(wǎng)方案，該方案以電網(wǎng)電壓為基準(zhǔn)將三相電流在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行控制，不僅可以達(dá)到無靜差的效果，還可

5、以完成有功和無功功率的解耦控制。本章最后完成了對光伏微源底層控制方案的設(shè)計，使得并網(wǎng)運(yùn)行時微網(wǎng)中的光伏微源能夠以最大或可控的有功功率(在容量范圍內(nèi))對外輸出能量，功率因數(shù)也可靈活調(diào)節(jié)。
　　(3)對儲能元件及蓄電池、超級電容混合儲能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了闡述和分析，通過理論證明混合儲能系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)蓄電池儲能系統(tǒng)的缺陷，提高儲能系統(tǒng)削峰填谷、平抑功率波動的能力，大幅增加大容量蓄電池的使用壽命;隨后建立了混合儲能系統(tǒng)的主電路拓?fù)洌?/p>

6、析了雙極性直流-直流變換器的工作原理及控制策略;最后利用Matlab/Simulink軟件搭建了光儲模型，仿真結(jié)果表明超級電容和蓄電池混合儲能系統(tǒng)能夠大幅度提高系統(tǒng)平抑輸出功率波動的能力，實現(xiàn)光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的高壓直流側(cè)電壓穩(wěn)定，從而有利改善光伏微網(wǎng)的輸出電能質(zhì)量。
　　(4)為了解決微網(wǎng)諧波電能質(zhì)量問題，本研究提出采用被動治理法，通過在重要節(jié)點布置APF去治理微網(wǎng)電能質(zhì)量問題。APF治理的主要原理是在公共耦合并網(wǎng)點(PCC點)注入

7、與微網(wǎng)諧波電流相反的電流去改善電能質(zhì)量，同時本研究提出了利用瞬時無功理論檢測微網(wǎng)中的諧波。在APF控制方法的選擇上，考慮到重復(fù)控制器具有穩(wěn)態(tài)時可以完全消除靜差的內(nèi)核，所以本文從研究重復(fù)控制器內(nèi)核傳遞函數(shù)著手，設(shè)計了一種基于重復(fù)控制和比例積分控制結(jié)合的復(fù)合控制策略，將兩者的優(yōu)點相結(jié)合，新的控制策略擁有良好穩(wěn)態(tài)控制精度及跟蹤性能。為了驗證重復(fù)控制算法在APF中應(yīng)用的可行性與正確性，搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型，為了簡化

8、模型，略去微網(wǎng)間歇性發(fā)電設(shè)備，將微網(wǎng)整體看做一個非線性負(fù)載，將APF以并聯(lián)方式連接在微網(wǎng)并網(wǎng)PCC點，用以抑制并網(wǎng)電流中的諧波成份。仿真結(jié)果證明重復(fù)控制法對于抑制諧波電流效果明顯。
　　論文的主要成果如下:
　　(1)本章完成了對光伏微源底層控制方案的設(shè)計，使得并網(wǎng)運(yùn)行時微網(wǎng)中的光伏微源能夠以最大或可控的有功功率(在容量范圍內(nèi))對外輸出能量，功率因數(shù)可靈活調(diào)節(jié)。
　　(2)利用Matlab/Simulink軟件搭建了光