康珍-高渗透率下光伏电源并网电能质量问题及其交互影响研究

学校代号10532学号S08094039分类号TM714密级公开硕士学位论文高渗透率下光伏电源并网电能质量问题及其交互影响研究学位申请人姓名康珍培养单位电气与信息工程学院导师姓名及职称罗安教授学科专业控制科学与工程研究方向分布式发电技术及应用论文提交日期2011年4月29日学校代号：10532学号：S08094039密级：公开湖南大学硕士学位论文高渗透率下光伏电源并网电能质量问题及其交互影响研究学位申请人姓名：康珍导师姓名及职称：罗安教授培养单位：电气与信息工程学院专业名称：控制科学与工程论文提交日期：2011年4月29日论文答辩日期：2011年5月16日答辩委员会主席：李欣然教授Researchonpowerqualityandinteractioninhighpermeabilityphotovoltaicgrid-connectedsystembyKANGZhenB.E.(HunanUniversity)2008AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinControlSicenceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLUOAnMay,2011I学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日√高渗透率下光伏电源并网电能质量问题及其交互影响研究II摘要能源是人类赖以生存和发展的基础。传统的不可再生能源如煤炭、石油等日趋减少，总归会枯竭，而且传统能源的使用会带来严重的环境污染。寻找可再生清洁能源对人类的可持续发展具有重要的意义。太阳能具有资源丰富、不受地域限制、对环境友好等优点，受到世界各国重视。目前，光伏发电能量的传递和转换都是建立在电力电子技术的基础上，大规模的光伏电源并网使得大量的电力电子转换器引入到电力系统中，从而大量的非线性负载也加入到了供电系统中，会对电力系统造成严重的污染，产生更为严重的电能质量问题。另外，大规模光伏发电并网产生的孤岛效应和微网环流也严重危害着电力系统的安全性和稳定性。因此，研究高渗透率下光伏发电系统的电能质量问题及其综合治理方法对保障电力系统的安全运行具有十分重要的意义。本文首先分析了高渗透率下光伏发电并网对配电网电能质量的影响，给出了一套可供评判其电能质量的指标体系，提出了一种基于雷达图法的电能质量综合评估方法。以确保对高渗透率下光伏发电系统电压水平、功率水平、谐波畸变率、三相不平衡度等电能质量指标进行综合控制。本文对电能质量治理装置与光伏发电装置的交互影响进行了研究，对配置典型的电能质量治理装置如SVC、DSTATCOM的光伏发电系统进行了控制方法的研究和仿真分析。仿真结果表明，SVC和增加滤波功能的并网逆变器可同时抑制并网节点处的电压波动，补偿负载和TCR产生的谐波，提高了光伏并网电能质量，实现高品质供能；由DSTATCOM和光伏微源组成的联合控制系统可通过调度使光伏微源在供能的同时提供较大容量的无功功率，降低了电能质量装置的成本，改善了电能质量，提高了系统的稳定性。本文对抑制微网环流的控制方法和多逆变器并联运行的控制策略进行了研究，提出了一种解决功率耦合问题的办法，采用基于旋转坐标的虚拟V/f控制策略，把电阻和电抗均考虑在内，能实现有功功率和无功功率的解耦。在不同光伏微源之间或光伏微源与电网之间实现并联运行控制和负载均分控制。项目组根据并网运行的条件和功能要求，自主研制了2kW的单相光伏并网逆变器。本文详细介绍了控制器的软硬件设计、人机界面的搭建、逆变器系统研制以及光伏阵列的构建。系统调试和实验结果表明，逆变器能够稳定运行，控制方法能满足并网发电的需要。关键词：高渗透率；光伏发电；电能质量；孤岛效应；微网环流；并网逆变器硕士学位论文IIIAbstractEnergyisthebasisofhumansurvivalanddevelopment.Traditionalnon-renewableenergysuchascoalandoilisdiminishinganditwillbedepletedsomeday.Moreover,seriousenvironmentalpollutionwillbecausedbyusingtraditionalenergy.Therefore,lookingforrenewablecleanenergyisimportantforhumansustainabledevelopment.Solarenergyhastheadvantagesofabundantresources,withoutgeographicalrestrictionsandnon-pollution,attractsmoreandmoreattentionrecently.Presently,photovoltaicenergytransferandconversionarebasedonpowerelectronicstechnology.So,abundantpowerelectronicsconverterswillbeintroducedintopowersystembyextensivePVmicrosourcesconnectingtothegrid,whichwillbringpollutiontopowersystemandcauseseriouspowerqualityproblem.Inaddition,islandeffectandmicrogridcirculation,whichcausedbyphotovoltaicconnectinggridcosmically,alsoseriouslyendangerthesafetyandstabilityofthepowersystem.Consequently,researchofpowerqualityproblemandstudyoncontrolstrategyofPVgrid-connectedsystemwithhighpermeabilityisofgreatsignificanceforsafetyoperationoftheelectricpowersystem.TheeffectofthepowerqualityindistributednetworkcausedbyPVconnectingtothegridwithhighpermeabilityisfirstlyresearchedinthispaper.Anindicatorsystemandacomprehensiveassessmentmethodbaseonradarchartareproposedtoinsureintegratedcontrolofthehighpermeabilitysystempowerqualitysuchasvoltagelevel,powerlevel,harmonicdistortionrate,threephaseimbalancedegreeandsoon.Then,theinteractionbetweenpowerqualitycontroldevicesandphotovoltaicgenerationequipmentisresearched.ThestudyoncontrolmethodandsimulationanalysisisdonetothePVgenerationsystemconfiguringtypicalpowerqualitydevicesSVCandDSTATCOMseparately.Simulationresultshowsthatpowerqualitycanbeimprovedbythecollaborationsystemconsistofphotovoltaicandpowerqualitydevices.TheharmonicsbroughtbytheloadandTCRcanbesuppressedbySVCandgirdconnectedinverterwithfilterfunction,highqualitypowersupplycanberealized.Also,photovoltaicmicrosourcecanproducelargecapacityreactivepowerwhileprovidepowersupplyinthecollaborationsystemwithDSTATCOM,thecostof高渗透率下光伏电源并网电能质量问题及其交互影响研究IVthepowerqualitydevicesisreducedandthestabilityofthesystemisimproved.Thecontrolmethodofsuppressingmicro-gridcirculationandthecontrolstrategyofmulti-invertersoperationinparallelconnectionarealsostudiedinthethesis.Asolutiontosolvepowercouplingproblemisproposed.DummyV/fcontrolstrategyconsideringresistanceandreactancebasedonrotatingframeisadopted,anddecouplingofactiveandreactivepowerisrealized.Paralleloperationcontrolandload-sharingcontrolamongdifferentmicrosourcesorbetweenphotovoltaicandthegridalsocanberealized.AccordingtotheconditionandfunctiondemandofPVconnectingtothegrid,a2kWsinglephasephotovoltaicgird-connectedinverterisdevelopedbytheprojectteamindependently.Thedetailsoftwareandhardwaredesignofthecontroller,man-machineinterface,developmentofinvertersystemareintroducedinthispaper.SystemmodulationandexperimentresultindicatethattheinvertercanrunsteadyandthecontrolmethodcanfulfillthedemandofPVconnectingtothegird.KeyWords:Highpermeability;Photovoltaic