光伏并网功率调节系统及其控制的研究

随着全球范围内能源紧缺和安全问题的日益突出,可再生能源的利用引起广泛的重视。大规模光伏并网发电是充分利用太阳能的一种有效方式,而光伏并网发电中的功率调节、电能质量、电压稳定和无功补偿问题一直是人们关注的热点问题。光伏并网功率调节系统PVPC(Photovoltaic grid-connected Power Conditioner)利用光伏并网逆变主电路的特点,将光伏并网的发电控制与无功补偿、有源滤波相结合,在有效地进行光伏并网发电的同时,还可以对电网中的无功和谐波进行补偿或抑制,进而提高电网供电质量和能力,并减少线路损耗,该系统的使用可以节省相应设备的投资,拓宽了光伏并网发电的应用范围,具有广阔的发展前景。 文中深入研究PVPC的理论、拓扑结构、太阳电池最大功率点跟踪、谐波及无功电流检测、并网功率的控制和孤岛效应的识别等,研制容量为30KVA的光伏并网功率调节系统样机,在光伏并网逆变器的设计和控制、瞬时无功补偿和谐波抑制、最大功率跟踪和孤岛效应识别等关键技术领域均获得满意成果,很好地实现了光伏并网发电与无功补偿的统一控制。 本文的主要研究内容有: 一、PVPC系统的拓扑结构 深入分析光伏并网逆变器和有源电力滤波器拓扑结构的特点,结合并联型APF控制原理,提出了具有无功补偿功能的三相PVPC拓扑结构,建立PVPC在三相静止坐标系下的数学模型,分析了PVPC的工作机理和动态特性。 设计光伏并网功率调节器的主电路,对交流侧并网滤波电抗器和直流侧储能电容的选择提出了基于工程设计的计算方法,并详细分析了主电路结构参数对系统性能的影响。 二、瞬时无功和谐波电流的检测和控制 根据瞬时无功功率理论,提出了基于DSP数据处理器的瞬时无功和谐波电流的在线检测算法,有效的无功补偿和谐波抑制功能,系统实验表明,无功补偿和谐波抑制的效果良好,反应迅速。 三、系统的最大功率跟踪 光伏阵列的V-I特性与温度和日照强度有关且具有强烈的非线性,其最大功率的跟踪控制一直是光伏系统技术研究的重要内容之一,本文在深入分析了影响最大功率跟踪效果的几种可能原因,研究常规的P&O法和IncCond法之间的本质联系,针对这两种方法都无法避免