基于直流电压控制的光储微电网系统稳定性研究
发布时间：2021-01-30 21:45
随着社会经济的快速发展,能源需求增长与传统能源供给枯竭的矛盾愈发严重,新能源开发应用逐渐成为能源发展的重点。分布式光伏并网发电系统包括新能源设备和变换器设备。在运行过程中,这些设备的阻抗均影响系统的稳定性,因此利用小信号分析法建立微电网各组成部分的阻抗模型对系统进行稳定性分析,对提高太阳能的利用率和大规模建设新能源发电系统有重大意义。本文首先分析了光伏单元变换器的控制原理与光伏逆变器直流电压控制方案,详细推导了数学模型并进行了参数设计。建立了Boost变换器输出阻抗以及三相逆变器输入阻抗模型,通过对该级联系统进行“源载划分”,判断级联系统的稳定性。分析了不同扰动对光伏逆变器直流电压的影响,包括逆变器直流电压扰动和交流侧三相电压不平衡扰动。为提高光伏系统的传递效率,加入了储能逆变器STATCOM虚拟正负序导纳补偿控制方式以减少电网电压不平衡度;并增加了直流电压前馈的改进控制策略的方法增大了系统的稳定裕度,提高了系统的响应速度和系统抗扰性。建立了直流电压环控制的光伏逆变器的输出阻抗模型以及功率下垂控制储能逆变器的输出阻抗模型。在此基础上应用广义Nyquist判据分析了整个系统并联稳定性问题...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单台光伏逆变器输出交流电压和电流
第3章光伏级联系统稳定性研究-33-实轴虚轴-202-202图3-7未加前馈系统回比矩阵Ldq(s)的Nyquist曲线红色虚线和蓝色实线没有包围（-1,0j）。幅值裕度和相位裕度都满足稳定判据要求，证明参数设置合理，系统能够稳定运行。图3-8为单台光伏逆变器并网仿真波形，当光伏电源功率突变输出经过0.35s调整稳定，调节时间过长且超调过大。0.9511.051.11.151.21.251.3220240-1000-101024050010000100280260时间/s1.35Vdc/VIo/AVo/VIdc/AP/W光伏直流电压交流电压输出电流光伏直流电流光伏输出功率图3-8未加前馈光伏逆变器仿真输出波形直流电压环控制器参数直接影响前级光伏的功率与后级逆变器输出功率的匹配关系。当系统调节速度过快，控制输出电流容易振荡，调节速度过慢时，会造成前后级功率不守恒，导致直流母线电压波动，直流侧电流跟随波动，进而逆变器输出电流跟随波动。加入直流电压前馈补偿后，其他参数不变，补偿器比例系数Kdc=0.3。系统的电网源子系统的输出阻抗和逆变器输出阻抗回比矩阵Ldq(s)的Nyquist曲线如图3-9所示。
燕山大学工程硕士学位论文-34--4-2024-4-2024实轴虚轴图3-9优化后回比矩阵Ldq(s)Nyquist图从图3-9中得出，环路的增益曲线的Nyquist曲线半径减小，环路增益在原点附近环绕，系统的幅值裕度增大；同时，曲线与单位圆交点的相位裕度增大，大大提高系统的稳定裕度。对单台光伏逆变器并网平台进行仿真，系统稳定运行时增加电源输出功率突变的扰动。其中光伏电源的最大功率设置为300W，1s时刻突变为800W。如图3-10所示，在系统处于稳定状态时功率突变，逆变器在两个工频周期内调节稳定，且超调量减校交流输出电压和电流直流电压幅值稳定，交流侧输出功率为功率源给定功率。0.960.9811.021.041.061.08Vdc/VIo/AVo/VP/WIdc/A240-1000-5524050010000100260时间/s光伏直流电压交流电压输出电流光伏直流电流光伏输出功率图3-10加前馈后的逆变器仿真输出波形3.2.2三相不平衡电压对直流侧电压的影响与治理短路故障引起电网交流电压三相不平衡一般有：接地短路和两相间短路。两相或单相接地短路时电网三相电压和电流有零序分量，不在本文研究范围内。由于长输线路的等效线路阻抗很大，当出现相间短路故障时三相线路电流不同，线
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国区域能源转型与低碳发展战略及政策研究[J]. 赵黛青,蔡国田,廖翠萍,王文军,黄莹. 新能源进展. 2019(02)
[2]光伏发电系统输出功率突变引发的逆变器端部过电压机理研究[J]. 段双明,严干贵,刘彦宇,贾祺,李洪波,朱微,刘侃,乔俊. 中国电机工程学报. 2018(21)
[3]光伏电池最大功率点跟踪的研究现状综述[J]. 王荣,李少纲. 电气开关. 2018(05)
[4]基于下垂控制与MPPT的电压源型光伏并网逆变器[J]. 贾要勤,武荣,何巧惠. 电力电子技术. 2018(09)
[5]采用阻抗分析方法的并网逆变器稳定性研究综述[J]. 陈新,王赟程,龚春英,孙建,何国庆,李光辉,汪海蛟. 中国电机工程学报. 2018(07)
[6]基于改进功率环的微电网对等控制策略研究[J]. 王凌云,周璇卿,李升,刘远. 中国电力. 2017(09)
[7]增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法[J]. 杨树德,同向前,尹军,王海燕,邓亚平. 电工技术学报. 2017(10)
[8]微电网动态稳定性研究述评[J]. 赵卓立,杨苹,郑成立,许志荣,王月武. 电工技术学报. 2017(10)
[9]三相变流器并网系统的广义阻抗及稳定判据[J]. 辛焕海,李子恒,董炜,章雷其,黄伟,邢玉辉,王康. 中国电机工程学报. 2017(05)
[10]Boost DC/DC变换器输出阻抗研究[J]. 宋春宁,黄金贵,李恒,林小峰. 电测与仪表. 2015(19)
硕士论文
[1]大规模光伏并网控制策略及计及电网阻抗的稳定性研究[D]. 朱丽侠.西南交通大学 2018
[2]光伏发电并网对配电网保护的影响及改进策略研究[D]. 祁波.华北电力大学(北京) 2016
[3]光伏DC/DC变换器最大功率跟踪算法研究与设计[D]. 袁博.武汉理工大学 2015
本文编号：3009640
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单台光伏逆变器输出交流电压和电流
第3章光伏级联系统稳定性研究-33-实轴虚轴-202-202图3-7未加前馈系统回比矩阵Ldq(s)的Nyquist曲线红色虚线和蓝色实线没有包围（-1,0j）。幅值裕度和相位裕度都满足稳定判据要求，证明参数设置合理，系统能够稳定运行。图3-8为单台光伏逆变器并网仿真波形，当光伏电源功率突变输出经过0.35s调整稳定，调节时间过长且超调过大。0.9511.051.11.151.21.251.3220240-1000-101024050010000100280260时间/s1.35Vdc/VIo/AVo/VIdc/AP/W光伏直流电压交流电压输出电流光伏直流电流光伏输出功率图3-8未加前馈光伏逆变器仿真输出波形直流电压环控制器参数直接影响前级光伏的功率与后级逆变器输出功率的匹配关系。当系统调节速度过快，控制输出电流容易振荡，调节速度过慢时，会造成前后级功率不守恒，导致直流母线电压波动，直流侧电流跟随波动，进而逆变器输出电流跟随波动。加入直流电压前馈补偿后，其他参数不变，补偿器比例系数Kdc=0.3。系统的电网源子系统的输出阻抗和逆变器输出阻抗回比矩阵Ldq(s)的Nyquist曲线如图3-9所示。
燕山大学工程硕士学位论文-34--4-2024-4-2024实轴虚轴图3-9优化后回比矩阵Ldq(s)Nyquist图从图3-9中得出，环路的增益曲线的Nyquist曲线半径减小，环路增益在原点附近环绕，系统的幅值裕度增大；同时，曲线与单位圆交点的相位裕度增大，大大提高系统的稳定裕度。对单台光伏逆变器并网平台进行仿真，系统稳定运行时增加电源输出功率突变的扰动。其中光伏电源的最大功率设置为300W，1s时刻突变为800W。如图3-10所示，在系统处于稳定状态时功率突变，逆变器在两个工频周期内调节稳定，且超调量减校交流输出电压和电流直流电压幅值稳定，交流侧输出功率为功率源给定功率。0.960.9811.021.041.061.08Vdc/VIo/AVo/VP/WIdc/A240-1000-5524050010000100260时间/s光伏直流电压交流电压输出电流光伏直流电流光伏输出功率图3-10加前馈后的逆变器仿真输出波形3.2.2三相不平衡电压对直流侧电压的影响与治理短路故障引起电网交流电压三相不平衡一般有：接地短路和两相间短路。两相或单相接地短路时电网三相电压和电流有零序分量，不在本文研究范围内。由于长输线路的等效线路阻抗很大，当出现相间短路故障时三相线路电流不同，线
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国区域能源转型与低碳发展战略及政策研究[J]. 赵黛青,蔡国田,廖翠萍,王文军,黄莹. 新能源进展. 2019(02)
[2]光伏发电系统输出功率突变引发的逆变器端部过电压机理研究[J]. 段双明,严干贵,刘彦宇,贾祺,李洪波,朱微,刘侃,乔俊. 中国电机工程学报. 2018(21)
[3]光伏电池最大功率点跟踪的研究现状综述[J]. 王荣,李少纲. 电气开关. 2018(05)
[4]基于下垂控制与MPPT的电压源型光伏并网逆变器[J]. 贾要勤,武荣,何巧惠. 电力电子技术. 2018(09)
[5]采用阻抗分析方法的并网逆变器稳定性研究综述[J]. 陈新,王赟程,龚春英,孙建,何国庆,李光辉,汪海蛟. 中国电机工程学报. 2018(07)
[6]基于改进功率环的微电网对等控制策略研究[J]. 王凌云,周璇卿,李升,刘远. 中国电力. 2017(09)
[7]增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法[J]. 杨树德,同向前,尹军,王海燕,邓亚平. 电工技术学报. 2017(10)
[8]微电网动态稳定性研究述评[J]. 赵卓立,杨苹,郑成立,许志荣,王月武. 电工技术学报. 2017(10)
[9]三相变流器并网系统的广义阻抗及稳定判据[J]. 辛焕海,李子恒,董炜,章雷其,黄伟,邢玉辉,王康. 中国电机工程学报. 2017(05)
[10]Boost DC/DC变换器输出阻抗研究[J]. 宋春宁,黄金贵,李恒,林小峰. 电测与仪表. 2015(19)
硕士论文
[1]大规模光伏并网控制策略及计及电网阻抗的稳定性研究[D]. 朱丽侠.西南交通大学 2018
[2]光伏发电并网对配电网保护的影响及改进策略研究[D]. 祁波.华北电力大学(北京) 2016
[3]光伏DC/DC变换器最大功率跟踪算法研究与设计[D]. 袁博.武汉理工大学 2015
本文编号：3009640
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