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随着社会的发展,可再生能源越来越多的受到人们的关注。储量巨大、清洁无污染的太阳能具有广阔的发展前景,是未来能源的发展方向之一,其中光伏并网发电是一个重要的研究方向,电力系统中的无功和谐波严重影响了各种设备的正常运行,对电网的安全构成隐患。在此背景下,本课题围绕光伏并网发电功率调节控制展开研究,主要研究了光伏并网发电系统结构、最大功率点跟踪算法、无功功率补偿与谐波抑制控制方法、并网电流模糊变结构控制策略以及系统实现,并进行了仿真和实验研究。具体研究内容如下:
(1)研究了光伏并网发电系统的结构。分析了光伏并网发电系统的拓扑结构,介绍了系统主要组成部件,针对如何提高光伏并网发电系统的效率问题,研究了三种典型的最大功率点跟踪算法,并对基于扰动观察法的最大功率点跟踪控制进行了仿真分析,为后续相关研究奠定了理论基础。
(2)提出了无功补偿和谐波抑制一体化控制的并网电流指令合成方法。研究了基于三相瞬时无功功率理论的无功和谐波电流检测方法,以及基于固定开关频率的PWM并网逆变电流控制方法,在对电网侧进行无功功率补偿时,考虑电网电压畸变和三相不平衡等工况,引入了正、负序分离法以确保传统ip-iq方法的有效性,提出了并网电流指令合成方法,指令电流中既有无功和谐波分量,又有光伏阵列的有功电流分量,很好地实现了光伏并网发电、无功补偿和谐波抑制的统一控制的目的,仿真结果证明了所提方法的有效性。
(3)提出了并网电流模糊变结构控制策略,设计了一种非线性复合模糊变结构控制器(FSMC)。针对两级式光伏并网发电系统,提出了一种模糊变结构控制策略,设计了稳定直流侧电压的FSMC,建立了系统仿真模型,并对单机无穷大系统运行进行了暂态仿真分析,与传统PI控制相比其性能更高,仿真结果证明了其可行性和正确性,系统中的谐波抑制和无功补偿得到了进一步优化,进而提高了电网供电质量和能力,减少了线路损耗。
(4)系统实现与实验研究。结合实验室现有的设备条件,构建了实验平台,设计了控制系统的硬件电路,包括信号检测及其调理电路、驱动电路、保护电路、过零点检测电路和串行通讯电路,通过系统模拟实验来分析验证系统的控制效果。
最后,在总结全文工作内容的基础上,提出了进一步研究的内容与下一步工作的重点。