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太阳能作为一种主要的绿色能源,对于改善能源危机,实现碳减排具有巨大的潜力,光伏并网发电方式已成为光伏发电领域中最具发展前景的一种太阳能利用方式。由于控制技术是光伏并网发电系统的最核心技术之一,是光伏并网发电系统安全稳定高效运行的关键,因此,本文对光伏并网发电系统中的几个关键控制技术问题进行了研究,主要内容和研究成果如下。
1)最大功率点跟踪控制研究针对当光伏阵列受到均匀太阳光照时输出功率电压曲线仅含有一个峰值的特征,提出了一种改进最大功率点跟踪方法,通过模糊控制输出量与光伏阵列输出功率电压曲线的微分来智能动态调节最大功率搜索步长的大小和方向,可有效平衡跟踪速度和跟踪精度之间的矛盾,并通过引入投票表决机制,可提高对扰动电压方向判断的正确性,从而提高最大功率点跟踪的质量;针对光伏阵列受到不均匀太阳光照时输出功率电压曲线含有多个局域峰值的特征,建立了光伏阵列的数学模型,并提出了一种更可能快速准确地搜索到全局最大功率点的改进最大功率点跟踪方法;最后构建了光伏最大功率跟踪实验平台,给出了系统实现方案和实验结果。
2)单相光伏并网控制研究提出了一种基于DSP和现场可编程门阵列(FPGA)双处理器结构的单相光伏并网控制系统设计方案,介绍了各种并网电流控制策略,并对数字锁相环技术,基于FPGA处理器提出了一种适合于单相光伏并网系统的数字锁相环算法,可确保实现锁相信号与电网电压同频、同相;最后研制了5kW单相光伏并网实验平台,给出了系统实现方案和实验结果。
3)三相光伏并网控制研究针对电压电流双环控制系统,对直流母线电压外环采用改进自抗扰控制方法进行了设计;对三相光伏并网电流内环,提出了一种带指数趋近律和前馈补偿解耦控制的模糊滑模控制方法,在保证滑模控制趋近运动的快速性基础上,提高了系统的动态响应性能,且可有效减小常用滑模控制中的抖振幅度,使系统对于复杂的外部环境条件具有更强的鲁棒性;针对三相逆变驱动控制,提出了一种改进空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,采用48边形对磁链圆进行细分,与传统的SVPWM算法相比不仅易于数字化实现和实时控制,而且可有效提高直流电压利用率;最后研制了3kW三相光伏并网实验平台,给出了系统实现方案和实验结果。
4)光伏并网系统的孤岛状态检测研究在传统的主动移频法的基础上提出了一种改进孤岛状态检测方法,通过自适应分段调节频率偏移正反馈系数以及适时施加负脉冲电流幅值干扰,使频率或电压越限,从而检测出孤岛状态。这种方法可较好地兼顾孤岛状态检测所要求的快速性和电网所要求的低谐波畸变率,同时对光伏并网系统的有功输出影响较小,最后给出了仿真结果。