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《清华大学》 2006年
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光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现

吴理博  
【摘要】: 光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要能源来源的潜力。本文以光伏并网逆变系统综合控制策略为研究对象,对光伏并网系统特性以及模型、光伏阵列最大功率点跟踪方法、集成无功补偿技术的综合控制策略和并网系统孤岛状态检测方法等问题进行了系统深入的研究。 光伏阵列应用特性是光伏并网发电系统研究中的最基本问题,本文分别提出了基于物理机制和基于外特性的光伏阵列仿真模型,为实现器件级和系统级仿真、指导理论研究和系统设计提供了基础保证。 最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法是光伏并网发电系统中提高系统效率的重要手段。本文在分析介绍恒电压跟踪(Constant Voltage Tracking,CVT)方法和常见MPPT方法的基础上,针对单级式光伏并网系统中定步长MPPT方法存在的稳定性问题,提出了一种具有功率前馈控制的变步长电导增量MPPT方法;针对可调度式光伏并网系统的应用情况,提出了一种结合蓄电池充电控制的干扰观测MPPT方法,并分别进行了实验验证。 随着光伏技术的推广应用,具有无功补偿功能的光伏并网系统对于减轻电网负担和改善供电质量具有重要意义。基于瞬时无功理论,本文提出了一种应用于单级式三相光伏并网系统的综合控制策略,通过检测系统运行情况,在实现MPPT控制的同时,还能够实时补偿本地负载无功。逆变控制中还应用了基于无差拍(Deadbeat)的脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)方法。 另外,针对主动有功干扰法在孤岛中存在多个光伏并网系统并联供电时的失效问题,本文提出了一种基于正反馈有功干扰的孤岛检测方法。该方法对多个系统并联的情况具有较好的检测能力,并且实施简单,对采样精度要求不高,不需要额外硬件成本。 最后,基于理论分析和研究,本文实现了2套光伏并网系统试验样机。其中300WP单级式三相光伏并网试验系统侧重于进行控制策略的实施与验证;3kWP两级式光伏并网系统侧重于进行并网运行试验研究。围绕后者还搭建了并网试验平台,实现了系统长时间运行过程中的实验数据采集和储存。
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