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基于单周期控制的分布式能源并网技术研究

作　者: 徐健
导　师: 吴振升
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 分布式发电单周期控制有源功率滤波器功率因数校正器并网逆变器静止无功补偿器
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

摘要：风／光、燃料电池等可再生能源发电是改善能源结构和应对气候变化的重大举措。但随着新能源在分布式发电(Distributed power generation, DG)系统中的不断应用,其波动性和间歇性对电网的负面影响愈来愈显著,主要表现为谐波污染、功率因数不合格、并网逆变器控制及无功不平衡等。本文对并网技术进行了深入研究,意在将新能源不同水平的交直流电转换成高性能、低谐波的正弦交流电,实现分布式能源的安全高效并网。文章主要从下面几个方面开展工作：首先,分析了分布式发电的国内外研究现状、分布式能源并网对电网的影响及相关并网标准；通过研究比较常见并网逆变技术,提出将单周期控制(One-Cycle Control, OCC)技术引入到我国分布式发电并网系统中。针对DG并网系统中的谐波污染、功率因数不合格问题,采用了基于单周控制的有源功率滤波技术OCC-APF及功率因数校正技术OCC-PFC。文章建立了三相整流器的数学开关模型及双并联Boost等效拓扑,推导出核心控制方程,搭建了OCC-APF控制模块(OCC-PFC模块的搭建同APF)。仿真和试验结果表明,此方案有效实现了单位功率因数校正和低电流畸变率,优于双闭环等传统控制策略。针对DG并网系统中的并网逆变器控制,采用了基于单周期控制的并网逆变器控制策略OCC-GTI。文章建立了三相GTI的数学开关模型及双并联Buck等效拓扑,推导出核心控制方程,搭建了OCC-GTI控制模块。仿真及试验结果表明,此方案可实现单位功率因数并网,低谐波含量,且具有良好无功补偿性能。针对DG并网系统中的无功不平衡问题,现有SVC、STATCOM策略的控制复杂、实时性差,提出一种基于单周期控制的实时无功补偿控制策略OCC-STATCOM。基于经典单周期控制,采用直流电压外环控制和电感电流斜坡调制,实时跟踪负载和电压变化,实现动态无功补偿,并通过仿真及试验验证该方法的可行性和精确性。最后,总结得出了单周期控制的统一核心控制方程和统一矢量控制器；并在背靠背式风力发电并网系统中进行了仿真实验,整体性验证本文所提出控制策略的正确性和有效性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-21
  1.1 课题的背景及意义  11-12
  1.2 分布式发电技术  12-13
  1.3 分布式发电的国内外研究现状  13-15
  1.4 分布式发电并网对电网的影响  15-17
  1.5 分布式电源的并网标准  17-18
  1.6 本文主要工作  18-21
2 分布式发电并网技术  21-29
  2.1 分布式发电系统结构  21-22
  2.2 并网技术  22-24
    2.2.1 数字控制技术的研究  22-23
    2.2.2 PWM调制技术的研究  23-24
  2.3 单周期控制技术  24-28
    2.3.1 单周期控制的原理  24-25
    2.3.2 单周期控制的先进性分析  25-26
    2.3.3 单周期控制在我国DG并网系统中的应用展望  26-28
  2.4 本章小结  28-29
3 基于单周期控制的有源滤波及功率因数校正技术研究  29-51
  3.1 基于双闭环矢量控制的有源功率滤波技术  29-32
    3.1.1 双闭环矢量控制策略  30-31
    3.1.2 SVPWM调制方式  31-32
  3.2 基于单周期控制的有源电力滤波器OCC-APF  32-38
    3.2.1 OCC-APF的双并联Boost拓扑等效  33-36
    3.2.2 OCC-APF的控制模块搭建  36-38
  3.3 基于单周期控制的功率因数校正器OCC-PFC  38-39
  3.4 仿真验证  39-46
    3.4.1 OCC-PFC的仿真验证  40-43
    3.4.2 OCC-APF的仿真验证  43-46
  3.5 试验验证  46-48
  3.6 本章小结  48-51
4 基于单周期控制的并网逆变器控制技术研究  51-65
  4.1 三相并网逆变器的模型分析  51-53
  4.2 基于单周期控制的并网逆变器OCC-GTI  53-58
    4.2.1 OCC-GTI的双并联Buck拓扑等效  54-56
    4.2.2 OCC-GTI的模块控制搭建  56-58
  4.3 仿真验证  58-61
  4.4 试验验证  61-63
  4.5 本章小结  63-65
5 基于单周期控制的动态无功补偿策略研究  65-81
  5.1 无功补偿装置  65-69
    5.1.1 无功补偿装置的基本原理  65-67
    5.1.2 SVC与STATCOM的比较  67-69
  5.2 基于单周期控制的动态无功补偿策略  69-73
    5.2.1 经典单周控制无功补偿策略  69-70
    5.2.2 动态无功补偿OCC-STATCOM策略  70-72
    5.2.3 OCC-STATCOM动态大信号模型搭建  72-73
  5.3 仿真验证  73-77
  5.4 试验验证  77-79
  5.5 本章小结  79-81
6 统一矢量控制器及整体性仿真验证  81-91
  6.1 基于单周期控制的统一矢量控制器  81-85
  6.2 风力发电并网系统  85-89
    6.2.1 风电并网系统结构  85-86
    6.2.2 电并网系统的仿真搭建  86-87
    6.2.3 仿真结果  87-89
  6.3 本章小结  89-91
7 结论与展望  91-93
  7.1 论文结论  91-92
  7.2 论文展望  92-93
参考文献  93-97
作者简历  97-101
学位论文数据集  101

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