光伏并网发电系统的反孤岛策略研究

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经济发展问题与能源环境问题一直以来都是看似互相矛盾但又相辅相成的问题,想要快速的发展经济,离不开充足的能源与良好的环境,太阳能发电技术因太阳能的无穷无尽与绝对的清洁性在经济高速发展的今天得到了极大的关注。而光伏发电技术因其良好的适用性逐渐成为当下应用最为广泛的一种太阳能发电技术。并网型光伏发电系统相较于离网型系统的优势在于运行时的能量利用效率更高,但是,因为它将光伏阵列发出的电能通过变频器逆变后直接送至电网,所以在工作时除了需要满足最大功率输出的要求之外,还必须达到并网的条件,保证电网的可靠运行、保障系统设备以及相关工作人员的安全。孤岛效应是光伏发电系统并网运行时的一种特殊故障状态,它会给电气设备和相关人员的生命安全带来严重的危害。因此,研究光伏并网发电系统的反孤岛策略具有重大的实际意义。为了给光伏发电系统的反孤岛策略研究提供基础,本文基于光伏电池的工程数学模型,在MATLAB/simulink环境中建立了光伏阵列模型,并模拟了一种不均匀光照情况。为提高光伏发电系统的能量利用效率,本文提出了一种基于粒子群优化算法和逐步逼近式的扰动观察法相结合的方法,仿真结果显示该方法在不均匀光照条件下具有非常好的寻优效果。为了同时实现GMPPT控制和DC/AC变换两种功能,本文采用的是两级非隔离型并网逆变器,前级的DC/DC模块实现直流侧电压的控制以及GMPPT控制,后级的DC/AC模块实现直交流逆变后的并网。为保证系统正常运行时的并网电能质量和直流母线电压,本文采用基于电网电压定向的矢量控制(VOC)策略,直流电压外环用于控制直流母线电压的稳定,电流内环在同步旋转dq坐标系下实现,以对应的PI调节完成对有功电流和无功电流的无静差跟踪,达到调节并网点电能质量的目的。为保证系统的安全稳定运行,快速高效的检测出孤岛状态的同时尽可能地减少对电网的不良影响,本文提出了一种过/欠压、过/欠频法和无功电流扰动法相结合的混合型反孤岛策略。该方法通过实时检测相关参数并计算出逆变器侧输出功率以及负载消耗功率,再根据被动法盲区分析判断是否采用无功电流扰动方法。无功电流扰动的方法通过施加周期性的无功电流扰动,使公共点电压频率产生偏差,进一步触发基于频率正反馈的无功电流扰动,使频率越限。采用被动法和无功电流扰动法相结合的混合型孤岛检测方法,实现快速高效无盲区检测的同时,具有无谐波污染以及对逆变器输出功率因数影响极小的优点。最后通过MATLAB/simulink仿真验证了该方法的有效性。
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