基于飞轮储能的光伏并网发电功率平抑控制研究

以光伏发电最大功率跟踪和并网逆变控制为基础,引入飞轮储能系统,实现对电网稳定功率的输出,从而便于电网调度。为了使得光伏发电系统对电网输出可调度的稳定电能,采用电流内环,速度外环的控制方式充电,使得储存的能量在飞轮所允许的范围之内;采用电流内环,电压外环的控制方式放电,使得系统在运行中保持直流母线的电压稳定。系统仿真实验和实验室平台实验表明,当电网运行正常时,带有飞轮储能系统的光伏发电系统可以向电网实时输出可调度的稳定功率;当电网发生故障时,通过切断并网连接,实现对光伏发电功率的储存。     

基于多功能有源滤波器光伏发电系统LVRT控制策略研究

本文基于三相级联H桥提出一种多功能柔性限流器,不仅解决光伏发电系统的低电压穿越问题(Low voltage ride through,LVRT),而且正常运行状态下亦可降低光伏发电系统并网谐波含量.该柔性限流器与光伏发电系统并联,并通过H桥级联方式降低其开关电压降落.当系统正常运行时,级联H桥整流器基于模型预测控制,以光伏发电系统并网点输出标准电流为其控制目标,进而实现并网电流的谐波动态补偿;当电网电压跌落时,Boost变换器依据系统电压跌落比,通过自适应非最大功率跟踪(adaptive non-maxi-mum power point tracking,Non-MPPT)方式降低光伏阵列输出功率,保证并网逆变器交、直两侧功率的平衡.与此同时级联H桥则依据电网电压跌落程度向电网注入一定的无功功率来支撑电网电压,提高光伏发电系统动态恢复水平.最后通过MATLAB/Simulink仿真系统,验证所提控制策略的正确性与有效性.     

基于变步长MPPT方法的光伏发电并网系统仿真研究

对光伏发电并网系统进行了仿真研究,该系统采用两级式结构,前级Boost电路采用变步长扰动观察法实现最大功率点跟踪(MPPT),后级逆变电路通过电压外环、电流内环的双闭环控制方式,使得逆变器的输出电流准确、快速地跟踪电网电压.介绍了利用变步长扰动观察法实现最大功率跟踪的基本原理,基于Matlab/Simulink仿真软件对变步长最大功率跟踪方法及并网逆变器的控制策略分别进行了仿真验证,仿真结果表明所采用的方法及策略是可行、有效的,满足光伏发电对并网逆变器的要求.     

多能源发电系统控制策略建模研究

应用DIGSILENT仿真软件搭建含有多能源发电系统的仿真模型,主要包括光伏发电系统、风力发电系统和储能系统。针对不同特性的微源,在运行过程中采用不同的控制策略。利用该模型模拟了电网电压跌落下的风力发电系统输出特性,仿真结果表明,采用的仿真分析方法切实有效,模型输出与实际理论输出相似,能够快速地响应电网调度指令;利用该模型模拟了电网电压跌落下光伏发电系统和储能系统组成的微电网的输出特性,仿真结果表明,模型输出与工程运行相似,能够支持母线频率基本保持不变,提高供电可靠性。本模型可以用于实际多能源发电系统的并网分析,为实际工程研究奠定了基础。     

光伏发电并网系统变步长MPPT及电压L控制策略仿真研究

对一个两级式结构光伏发电并网系统进行研究。该系统的前级Boost电路采用变步长MPPT实现最大功率点跟踪,后级逆变电路通过电压外环、电流内环的双闭环控制方式实现快速电网电压跟踪。利用MATLAB／Simulink仿真软件对该系统的变步长最大功率点跟踪方法及并网逆变器的控制策略进行了仿真验证,结果表明所采用的方法及策略是可行的、有效的,满足光伏发电对并网逆变器的要求。     

三相单级式光伏发电系统并网控制与仿真

基于三相单级式光伏并网发电系统的电路拓扑结构,提出了一种快速逼近插值算法实现光伏发电的最大功率跟踪,光伏并网采用电压外环和电流内环双闭环控制,通过同步旋转坐标变换结合逆变器的控制,利用比例积分控制实现无功功率与有功功率的独立解耦控制。MATLAB系统仿真结果表明,该方法能够快速稳定地实现单位功率因数最大功率并网,降低并网系统成本,提高光伏并网的电能质量。     

变功率跟踪轨迹的光伏并网低电压穿越策略

提出了一种新型的变功率跟踪轨迹的低电压穿越控制策略。通过电压跌落幅度的前馈控制对功率跟踪轨迹进行调节,实时改变光伏电池端电压,进而快速有效地控制光伏电池功率的输出,实现逆变器两侧功率的平衡;通过与并网逆变器的协同控制,保证逆变器并网输出电流在不越限的前提下,为电网提供尽可能多的有功功率和无功功率,最大限度地支持电网电压的恢复,实现了光伏并网系统的零电压穿越。通过在不同光照强度和温度条件下对多种场景的仿真模拟,验证了所提控制策略的有效性。与传统控制策略相比,采用该策略不需要添加额外的设备,不仅实现了系统的安全、稳定运行,而且降低了光伏发电系统的成本,更具实用性。     

基于自适应神经网络的光伏发电系统并网控制策略

针对传统并网光伏发电系统在电网故障条件下穿越控制策略的不足,提出一种基于自适应模糊神经网络的光伏发电系统并网控制方法。该方法在电网电压突变和跌落情况下能够快速地调整光伏发电系统的工作模式,以适应光伏阵列最大输出功率和并网逆变器额定容量以及最大输出电流限制,具有稳定性强、跟踪速度快等优点。给出了控制策略总体架构,阐述了电网故障控制器运行模式切换策略,建立了自适应模糊神经网络算法的数学模型。在Matlab/Simulink软件平台下搭建了仿真模型,验证了控制策略的有效性。     

基于模糊神经网络的光伏发电系统功率控制方法

并网光伏发电系统的故障穿越是大规模新能源接入电网和灵活调控的技术难题,针对传统光伏发电系统在电网故障条件下穿越控制策略的不足,提出一种基于模糊神经网络的光伏发电系统功率控制方法。在电网电压突变和跌落情况下能够快速地调整光伏发电系统的工作模式,以适应光伏阵列最大输出功率和并网逆变器额定容量以及最大输出电流的限制,具有稳定性强、跟踪速度快等优点。给出了控制策略总体架构,详细阐述了电网故障控制器运行模式切换策略,建立了模糊神经网络算法的数学模型和实现流程。最后,在Matlab/Simulink平台下搭建了系统仿真模型,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

采用Boost的两级式光伏发电并网逆变系统

在光伏并网发电中,为了提高效率,必须实行最大功率点跟踪,而为了实现并网,直流侧电压必须高于电网电压幅值,这就限制了光伏电池电压的调节范围。对一种单相光伏发电并网逆变系统进行了研究,它由Boost DC/DC电路和逆变桥组成。前级Boost斩波电路则通过调节占空比而改变光伏阵列的输出电压,实现最大功率点跟踪;后级逆变电路采用电压外环,电流内环的双环控制方法,电压外环控制逆变侧电容电压的稳定,电流内环控制并网电流实现并网。在这种系统中,最大功率点跟踪和并网是相互独立的,互不干扰,使整个系统更加灵活可靠。主要研究了逆变系统各重要元件参数的选取方法以及逆变系统的控制方法。最后用MatlabR2007a/Simulink进行了仿真,证明了该逆变系统的可行性。     

基于新型统一电能质量控制器的光伏电站故障穿越技术

近年来,光伏电站低电压穿越技术得到了快速发展,但受限于光伏并网系统电压检测速度影响,光伏电站故障穿越的快速性等问题亟需解决。文中提出一种适用于光伏电站故障穿越的的新型统一电能质量控制器(UPQC)接入结构及控制方法。该型UPQC能够在高电压故障时,通过补偿使光伏电站出口电压稳定在额定值,系统具备高电压穿越的能力,并兼有谐波补偿功能,有助于光伏电站快速响应电网电压波动情况,提升光伏电站故障穿越能力。UPQC可以配合光伏电站在低电压故障时输出无功功率,帮助光伏电站在指定的时间内发出电网需要的无功功率,并且能够在高电压故障时吸收电网无功功率,加速电网电压恢复过程,综合提升光伏电站穿越能力。最后,文中给出100 MW光伏电站运行仿真结果,验证了所提电力电子补偿系统的有效性和可行性。     

具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统

随着光伏发电技术的推广应用,具有无功补偿功能的光伏并网系统对于减轻电网负担、改善供电质量具有重要意义.本文提出了一种具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统.该系统实时检测太阳能电池输出电压和电流、电网电压和负载电流,在实现太阳能电池最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)的同时,还能够实时补偿本地负载的无功电流.由于采用了改进的干扰观测法,MPPT算法的稳定性得到了改善;在逆变控制中应用了单周期控制(One-Cycle Control, OCC)PWM算法,从而提高了控制精度,减小了输出电流的纹波含量.文中给出了仿真和实验结果,验证了设计的合理性.     

户用型单相光伏并网系统仿真分析

针对3 kW光伏并网发电系统,详细分析了光伏电池的模型;采用扰动观察法实现最大功率点跟踪;选择电流内环电压外环的双环控制作为并网逆变器的控制策略,其中电流内环控制并网逆变器的输出电流跟随电网电压,电压外环控制直流母线电压稳定在400 V;将主动式频率偏移法运用于孤岛检测的算法控制,孤岛出现后2 s内迅速检测出孤岛并切断光伏逆变器。给出了基于MATLAB/Simulink的系统仿真模型。结果表明:光伏电池能很好地实现最大功率点跟踪,逆变后成功并网,在规定的时间内对孤岛做出判断,达到预期的设计目的。     

大规模风光互补发电系统建模与运行特性研究

建立了大规模并网风光互补发电系统动态分析模型,提出了基于功率变化率改进扰动观察最大功率跟踪算法。风电及光伏系统均采用有功、无功解耦双环电流控制策略。应用静止同步补偿器分析模型的暂态故障电压。含风电、光伏及风光互补运行的电力系统仿真计算验证了该模型的有效性及其功率波动特性和母线电压的暂态影响。仿真结果表明,该风光互补发电系统模型有效降低了输出功率波动,实现了风光系统低电压穿越,确保故障情况下风光系统不脱网运行以及电网安全稳定运行。     

具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现

光伏并网控制系统输送到电网的功率随着光照强度、环境温度以及光伏阵列输出电压的不同而变化,控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地向电网输出最大功率非常必要。该文提出了基于同步旋转坐标变换实现光伏阵列最大功率跟踪与电流控制的电压源型逆变器相结合的三相光伏并网控制系统,该系统主要包括光伏阵列、直流母排电容、电压源型逆变器、滤波电感、数字信号控制器与电网。提出的改进最大功率跟踪方法,根据光伏阵列dP/dU-U的特性曲线,利用Newton-Raphson方法快速计算光伏阵列输出功率对电压的微分值,由此进一步形成光伏阵列工作在最大功率点的参考电压值。整个控制系统为双环控制,外环为电压控制环,利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率工作点;内环为电流控制环,利用2个PI调节器分别对d-q轴电流进行解耦控制,使逆变器输出电流与参考电流一致。根据所提出的控制算法,研制了一台三相光伏并网系统原理性样机,仿真与实验结果一致,系统具有良好的动稳态性能,说明了所提出的控制方案是非常有效的。     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.     

并网光伏电站低电压穿越仿真与分析

根据光伏电站并网导则要求,针对光伏电站在电网故障时突然脱网的不利影响,提出了一种基于光伏逆变器低电压穿越能力的控制策略,在电网电压跌落时投入该控制策略,能够限制有功电流的增大,同时给定无功电流。仿真表明,在光伏电站并网点电压深跌落和浅跌落情况下,该控制策略均能够保证光伏逆变器输出电流不过流,同时能够向电网发出一定的无功功率以支撑并网点电压的恢复,实现低电压穿越。     

基于Non-MPPT算法的区域光伏消纳控制策略

基于两级式光伏发电系统环境自适应算法以及光伏阵列分布式结构,提出一种适用于区域光伏消纳控制的Non-MPPT（maximum power point tracking）算法,力主解决光伏发电系统出力过剩问题。该算法基于光伏模块分布式前级优化器,实现不同环境下光伏模块分散控制,并通过光伏模块输出电压、电流随机变量,导出光伏电池环境修正参数,进而实时修正区域光伏模块最大功率电压,使其最大功率电压实时跟随外部环境变化,并结合电导增量法,实现不同环境下光伏阵列全局最大功率跟踪。而后,若区域性电网光伏发电系统出力过剩,则将区域光伏按其实际出力情况进行分区管理,以区域电网对其出力分配额度为控制目标,推导出光伏阵列对应输出电压,并将其引入至光伏发电系统前级Boost电路,通过修正Boost电路占空比,使光伏发电系统输出功率快速跟随主网需求指令,解决了区域内光伏过剩出力的消纳问题。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件搭建两级式三相光伏并网系统,验证该算法在电力系统应用中的有效性。     

基于光伏逆变器的快速功率控制系统研究及应用

为使新能源功率输出能快速响应系统有功功率和无功功率平衡需求,文中提出光伏电站毫秒级功率控制的系统性方案。首先,基于光伏逆变器的功率快速交换能力,在光伏电站并网点直采电压、电流,实时监测并网点频率和电压变化,根据一次调频参数计算光伏电站有功出力。在此基础上,通过高速环网通信链路群控光伏逆变器进行有功出力,使得光伏电站具备一次调频能力。在无功功率控制方面,文中通过智能多状态序列判别算法实时计算光伏电站并网点对电力系统的阻抗,根据并网点电压波动实时群控光伏逆变器进行无功出力,使得光伏电站具备动态无功响应能力,从而完成光伏电站功率的快速控制。目前该系统已经在淮安金湖光伏电站中试点运行,现场试验数据说明应用文中提出的控制系统可实现一次调频响应时间小于0.15 s,动态无功响应时间小于30 ms的指标,验证了控制系统的有效性和可行性。