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新能源分布式发电系统并网逆变技术研究

作　者: 曾嵘
导　师: 年珩
学　校: 浙江大学
专　业: 电机与电器
关键词: 分布式发电系统并网运行离网运行离/并网柔性切换运行电压跌落发生器比例积分谐振控制器预测电流控制
分类号: TM611
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电力需求的快速增长,电力系统规模不断扩大,传统的集中发电、高压远距离、大容量输电以及大电网互联集中供电的电网模式暴露出越来越多安全性和可靠性方面的问题。新能源分布式发电系统以其环保、高效、分散、灵活的发电方式越来越受到世界各国的关注,其与大电网相结合被认为是21世纪电力系统的发展方向。本文以新能源分布式发电系统并网运行与控制为选题,从理论分析、运行仿真和实验验证三个方面,深入研究了分布式发电系统并网运行、离网运行以及离/并网柔性切换运行的控制技术。针对分布式发电系统并网运行模式下的运行要求,特别是不平衡电网条件下网侧变换器采用传统的直流母线外环、电网电流内环双PI控制策略所面临的输出电流不平衡、输出有功功率、无功功率以及直流母线电压存在二倍频波动等问题,在建立正负坐标系下网侧变换器数学模型基础上,通过采用一种在静止坐标系下实现正、负序电流控制的预测电流控制策略,分别实现了三相输出电流平衡、输出有功功率无波动和输出无功功率无波动三种控制目标,增强了分布式发电系统在不平衡电网下的运行能力。仿真和实验结果证明了此控制策略的正确性和有效性。针对分布式发电系统离网运行模式下输出电能质量的需求,以实现不平衡与非线性负载下系统输出稳定幅值和频率电压为控制目标,本文在推导出负载侧变换器离散数学模型的基础上,提出了基于比例积分谐振的电压外环控制和预测电流控制的电流内环控制的双闭环控制策略,以解决传统电压、电流双闭环控制策略由于比例积分控制器带宽限制而引起离网运行下系统输出电压性能下降的问题。在此基础上建立了仿真模型和实验平台,结果表明,该控制方案可实现系统在不平衡与非线性负载下稳定的电压输出性能,具备优良的负载动态适应能力,可增强分布式发电系统在不平衡与非线性负载下的运行能力。对于分布式发电系统在电网故障情况下离网运行与并网运行两种运行模式间柔性切换的问题,本文首先研制了一台可模拟实际电网故障状态的三相可编程电压跌落发生器,用于产生各种可能的电压故障类型。继而分析了分布式发电系统从并网运行切换至离网运行,以及从离网运行切换至并网运行的瞬态过程,深入研究了一种实现离/并网柔性切换的控制策略。在此基础上构建了一套包括用于模拟电网故障的电压跌落发生器和分布式发电系统的实验平台,对所提控制进行了离/并网柔性切换运行实验验证。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目次  10-12
图表目录  12-14
第1章绪论  14-28
  1.1 课题背景  14-16
    1.1.1 集中式大电网所面临的问题  14
    1.1.2 新能源分布式发电系统的发展  14-16
  1.2 新能源分布式发电技术的发展与现状  16-22
    1.2.1 新能源分布式发电系统类型  16-17
      1.2.1.1 风力发电  16
      1.2.1.2 太阳能光伏发电  16-17
      1.2.1.3 燃料电池发电  17
      1.2.1.4 生物能发电  17
    1.2.2 新能源分布式发电系统运行机理及控制策略  17-22
      1.2.2.1 并网模式下网侧变换器的控制策略  18-20
      1.2.2.2 离网模式下负载侧变换器的控制策略  20-22
      1.2.2.3 电网故障下并网/离网柔性切换的控制策略  22
  1.3 分布式发电系统并网标准  22-24
  1.4 本论文的主要研究内容  24-25
  参考文献  25-28
第2章分布式发电系统并网运行模式下网侧变换器建模与控制  28-52
  2.1 引言  28-29
  2.2 网侧变换器建模与分析  29-35
    2.2.1 理想电网条件下网侧变换器的建模与分析  29-30
    2.2.2 不平衡电网条件下网侧变换器的建模与分析  30-35
  2.3 基于电流预测控制(PCC)的网侧变换器控制策略  35-39
  2.4 仿真结果  39-43
  2.5 实验结果  43-48
  2.6 本章小结  48-49
  参考文献  49-52
第3章分布式发电系统离网运行模式负载侧变换器建模与控制  52-72
  3.1 引言  52-53
  3.2 负载侧变换器的建模与分析  53-55
  3.3 负载侧变换器的控制策略  55-62
    3.3.1 传统基于PI控制器的双环控制策路  55-56
    3.3.2 基于PIR+PCC的双环控制策略  56-62
      3.3.2.1 电压环控制策略研究  56-59
      3.3.2.2 电流内环控制策略研究  59-62
  3.4 仿真结果  62-65
  3.5 实验结果  65-70
  3.6 本章小结  70
  参考文献  70-72
第4章电网故障下分布式发电系统运行控制  72-88
  4.1 引言  72
  4.2 常见电网故障类型分析  72-74
  4.3 三相可编程电压跌落发生器的研制  74-77
  4.4 离/并网柔性切换技术  77-79
    4.4.1 从并网运行切换至离网运行  77-78
    4.4.2 从并网运行切换至离网运行  78-79
  4.5 仿真结果  79-81
  4.6 实验结果  81-85
    4.6.1 电压跌落发生器实验结果  81-83
    4.6.2 离/并网柔性切换运行实验结果  83-85
  4.7 本章小结  85-86
  参考文献  86-88
第5章总结与展望  88-90
  5.1 对本文工作的总结  88-89
  5.2 后续研究工作展望  89-90
攻读硕士学位期间研究成果  90

新能源分布式发电系统并网逆变技术研究

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