光伏系统网侧故障低电压穿越控制策略研究

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在传统能源造成人类生存环境不断恶化的严峻形势下,光伏发电作为一种可再生的清洁能源发电形式得到了各国的高度关注。随着光伏系统发电容量的不断增大,在电网电压跌落时,光伏发电系统脱网运行会进一步加剧网压的不平衡度,导致恶性循环。针对此问题,国内外皆要求光伏发电系统必须具备低电压穿越(Low voltage ride-through,LVRT)的能力。低电压穿越成为大规模发展光伏发电的关键技术。光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心器件,对光伏发电系统的控制起到决定性作用。本文将以光伏并网逆变器为基础,对低电压穿越控制展开研究,并对低电压穿越时的电能质量变差和功率振荡等问题进行探讨。本文建立了光伏并网逆变器在电网电压三相平衡及不平衡时的数学模型。为满足低电压穿越控制的工况要求,对比了变压器式、电力电子式以及阻抗分压式三种故障模拟方式的优缺点,选择了阻抗分压式电网故障模拟造成电网电压跌落。为精准检测电压跌落,对双二阶广义积分器锁相环的正负序分离功能、电压跌落深度检测功能及防止相角突变功能展开研究。通过仿真验证阻抗分压式故障模拟的可行性以及双二阶广义积分器锁相环的有效性。本文为提高低电压穿越时光伏发电系统所发电能质量,在电网电压跌落的基础上展开并网点瞬时功率分析,针对消除有功功率振荡、消除无功功率振荡和消除负序并网电流三种控制目标依次建立五种功率控制的数学模型,分析五种功率控制的参考电流及功率控制结构,采用平衡正序电流控制(Balanced Positive Sequence Current,BPSC)策略为电网电压跌落时的基础控制策略。通过仿真对比五种功率控制的并网电流及有功、无功功率,进一步验证BPSC策略的优越性。本文总结了低电压穿越控制标准,将BPSC策略的限制条件引入低电压穿越控制策略中。通过数学分析推导控制流程图,通过仿真验证以BPSC策略为基础控制的低电压穿越控制具有可行性及优越性。最后,设计并搭建光伏并网系统硬件实验平台。基于此平台对所选的故障模拟方式、锁相环、以BPSC为基础控制的低电压穿越控制策略分别进行实验验证。对比分析实验结果,表明了本文所提控制策略的可行性及灵验性。
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