分布式光伏发电对电能质量影响的建模与分析.pdf资源-CSDN文库

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近年来，并网光伏发电系统（Photovoltaic power Generation Systems,PVGS）的发

展非常迅速，但是，相应存在的一些影响电能质量的问题也引起了学者的重视。例如

分布式 PVGS 产生的谐波电流和间谐波电流对配电系统运行和保护有不利影响，

PVGS 的特性易导致电压波动和电压闪变等问题。国内一些学者已对逆变器、变压器

环节等产生间谐波的研究已经有一定的成果，本文主要针对

PVGS

采用扰动观察法的

MPPT（Maximum Power Point Tracking, MPPT）时，建立其直流母线电压、扰动步长

和采样率等参数与间谐波的关系模型，分析间谐波的特性随控制参数而变化的规律；

针对

出力变化、负荷突变和配电网扰动导致的电压波动的问题，通过在直流侧设

计含超级电容器（Super Capacitor, SC）的双向变流器（Boost-Buck）来实现直流调节

和控制，抑制对配电网电压产生的扰动。本文的主要工作如下：

（

）通过分析国内外分布式光伏发电技术的发展和研究现状，讨论了分布式

PVGS 接入配电系统易导致的电能质量问题，定性分析了各类电能质量问题的产生机

理。

（

）基于构成

PVGS

的

MPPT

、逆变器、

等关键环节基本拓扑和工作原理，

用数学模型定量描述了直流母线电压、扰动步长和采样率等 MTTP 参量和间谐波的

关系；利用 PSCAD/EMTDC 对所建立的数学模型进行仿真，验证了其有效性，表明

间谐波电流大小与直流母线变化无关，主要随着

出力的增加而增加；此外，间谐

波电流受 MTTP 扰动观察法参数的影响，体现为间谐波电流幅值随扰动步长的增加

而增大，间谐波分量之间的频率距离随采样率增加而增大。

（

）针对含分布式

PVGS

配电网由于光伏出力骤降、负载突变等扰动导致的电

压波动等电能质量问题，设计采用含 SC 的 Boost-Buck 电路进行调节，基于

PSCAD/EMTDC 建立仿真模型，验证所提方法的可行性，结果表明该方法能通过稳

定直流侧母线电压有效改善

输出电压波动问题。

（4）针对 PVGS 对配电网的谐波污染，探讨了利用有源滤波器（Active Power

Filter,APF）抑制谐波的方法，对具体的实现方法进行仿真，验证其有效性。

关键词：分布式光伏发电；电能质量；MPPT；超级电容器；PSCAD/EMTDC

Abtract

Abstract

In recent years, the development of Photovoltaic Power Generation Systems (PVGS)

has been very rapid. However, some corresponding problems affecting power quality have

also attracted the attention of scholars. For example, harmonic currents and inter-harmonic

currents generated by distributed PVGS have an adverse effect on the operation and

protection of power distribution systems. The characteristics of PVGS are prone to voltage

fluctuations and voltage flicker. Some domestic scholars have already made certain

achievements in the research of inter-harmonics such as inverters and transformers. This

paper mainly aims to establish the DC bus voltage when the PVGS uses the MPPT

(Maximum Power Point Tracking, MPPT). The relationship between parameters such as

disturbance step size and sampling rate and inter-harmonics, and the variation of the

characteristics of inter-harmonics with control parameters; the problem of voltage

fluctuation caused by PV output change, load abrupt change and distribution network

disturbance A super capacitor (SC) bidirectional converter (Boost-Buck) is designed on the

DC side to achieve DC regulation and control to suppress disturbances to the distribution

network voltage. The main work of this paper is as follows:

(1) By analyzing the development and research status of distributed photovoltaic

power generation technology at home and abroad, the problem of power quality caused by

distributed PVGS access distribution system is discussed, and the mechanism of various

power quality problems is qualitatively analyzed.

(2) Based on the basic topology and working principle of MPPT, inverter, SC and

other key components that constitute PVGS, the relationship between MTTP parameters

and inter-harmonics such as DC bus voltage, disturbance step and sampling rate is

quantitatively described by mathematical model; PSCAD/EMTDC simulates the

established mathematical model and verifies its effectiveness, indicating that the

inter-harmonic current is independent of the DC bus change, and increases mainly with the

increase of PV output. In addition, the inter-harmonic current is observed by MTTP

disturbance. The influence of the law parameters is reflected by the increase of the

inter-harmonic current amplitude with the increase of the disturbance step, and the

frequency distance between the inter-harmonic components increases with the increase of

the sampling rate.

(3) For the power quality problems such as voltage fluctuation caused by the sudden

drop of photovoltaic output and sudden changes in load of distributed PVGS distribution

network, the design is adjusted by using Boost-Buck circuit with SC, and the simulation

第一章绪论

..........................................................................................................................1

§1.1

研究背景及意义

....................................................................................................1

§1.2 PV

发展现状及国内外研究现状

..........................................................................3

§1.2.1

分布式

PVGS

发展现状

.............................................................................3

§1.2.2

国内外研究现状

.........................................................................................4

§1.3

论文的主要内容

...................................................................................................5

第二章分布式

PVGS

及其电能质量问题的一般机理

......................................................7

§2.1

含

PVGS

的配电网电能质量的基本标准

............................................................7

§2.1.1

电能质量的定义

.........................................................................................7

§2.1.2

含

PVGS

的配电网电能质量的技术要求

.................................................7

§2.2 PVGS

的

MPPT

控制与电能质量

........................................................................ 8

§2.2.1 D&O

的工作原理

....................................................................................... 8

§2.2.2 MPPT

与电能质量问题

..............................................................................9

§2.3 PV

逆变器的控制及引起的电能质量问题

........................................................10

§2.3.1 Droop

控制策略

........................................................................................11

§2.3.2

逆变器中的电能质量问题

......................................................................12

§2.4

分布式

PVGS

的储能与配电网电能质量的调节

..............................................12

§2.4.1 SC

的等效电路

......................................................................................... 13

§2.4.2 SC

对配电网电能质量的调节作用

......................................................... 14

§2.5

含

PVGS

配电网的电能质量的评价

.................................................................14

§2.5.1

电压波动的评价

......................................................................................14

§2.5.2

间谐波的评价

..........................................................................................15

§2.6

本章小结

..............................................................................................................16

第三章

PVGS

间谐波影响的分析与建模

.........................................................................17

§3.1

三相

PVGS

的拓扑结构及其仿真模型

..............................................................16

§3.2

直流母线电压变化对间谐波的影响

..................................................................19

§3.3 PV

出力不同时的间谐波特性

............................................................................21

§3.3.1 PV

不同出力仿真

.....................................................................................21

§3.3.2 PV

不同出力下的评价

.............................................................................22

§3.4 MPPT

对间谐波影响的数学模型

.......................................................................24

§3.5 PVMPPT

扰动步长影响的仿真

......................................................................... 26

§3.5.1

扰动步长仿真的设置

..............................................................................26

§3.5.2 PVMPPT

扰动步长影响的仿真

.............................................................. 27

§3.6 PVMPPT

采样率变化条件下的间谐波特性

.................................................. 29

§3.7

本章小结

.............................................................................................................32

第四章含分布式

PVGS

的配电网电压调节

....................................................................33

§4.1

配电网电压调节方案概述

..................................................................................33

§4.2 SC

的控制系统

.................................................................................................... 33

§4.3

双向直流变换器

Boost/Buck

的设计

................................................................ 34

§4.3.1

双向

DC/DC

变换器原理分析

................................................................34

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