基于matlab的微電網(wǎng)電能質(zhì)量提升策略研究與分析

第1章緒論1.1選題背景近年來，隨???著科學(xué)???技術(shù)的???大力發(fā)???展，當(dāng)???前社會???對能源???的需求???急劇升???高，為???了滿足???人民生???活需求???和工業(yè)???要求，???對于不???可再生???能源的???過度使???用使得???整個國???際社會???對于資???源匱乏???的問題???得到了???越來越???多的關(guān)???注。為???了尋找???解決能???源匱乏???的辦法???，世界???各國都???在推進(jìn)???綠色發(fā)???展戰(zhàn)略???，以求???尋找可???再生資???源作為???能源枯???竭的替???代方案???。在解???決能源???問題的???戰(zhàn)略思???路中，???新能源???能夠解???決不可???再生的???化石燃???料不足???的問題???[1]???。新能???源是一???種綠色???的可再???生能源???，水能???、風(fēng)能???、太陽???能、潮???汐等都???可稱之???為可再???生能源????？稍???生能源???被稱為???新能源???，主要???是借助???于電力???供應(yīng)系???統(tǒng)來作???為新能???源的載???體進(jìn)而???轉(zhuǎn)化為???電能，???實現(xiàn)對???不可再???生能源???的替代???。伴隨???著新能???源技術(shù)???的快速???發(fā)展，???新能源???作為能???源供應(yīng)???的終端???，這對???電力系???統(tǒng)提出???了更高???的挑戰(zhàn)???。當(dāng)前???，我國???對于新???能源的???利用以???分布式???新能源???發(fā)電為???主，電???網(wǎng)的供???電屬于???集中式???供電體???系，大???電網(wǎng)具???有的供???電形式???單一、???故障范???圍廣的???問題，???也使得???新能源???接入電???網(wǎng)會對???電網(wǎng)造???成較大???的影響???[2]???。因此???單一大???電網(wǎng)在???應(yīng)對故???障以及???新能源???接入問???題具有???的適應(yīng)???性差以???及容量???小等問???題都需???要綜合???考量。???綜上所???述采用???分布式???發(fā)電與???大電網(wǎng)???相連接???，能夠???有效的???緩解新???能源接???入電網(wǎng)???所帶來???的沖擊???力，具???有較強(qiáng)???的穩(wěn)定???性以及???經(jīng)濟(jì)性???等優(yōu)點???進(jìn)而被???廣泛應(yīng)???用。分布式發(fā)???電系統(tǒng)???是引入???新能源???的重要???手段和???實現(xiàn)方???法，通???過采用???多種較???為靈活???的發(fā)電???終端分???布在用???電需求???場所，???既可以???對局部???的負(fù)荷???進(jìn)行獨???立供電???，也可???以將所???產(chǎn)生的???電能傳???輸至電???網(wǎng)[3???]。分???布式發(fā)???電正式???通過整???合這些???小的發(fā)???電機(jī)組???來靈活???的應(yīng)用???各種新???能源進(jìn)???行能量???轉(zhuǎn)換，???保證局???部供電???穩(wěn)定性???與并網(wǎng)???質(zhì)量符???合電網(wǎng)???標(biāo)準(zhǔn)。???相對于???大電網(wǎng)???的集中???式供電???方式，???通過統(tǒng)???籌調(diào)度???電網(wǎng)來???實現(xiàn)對???各地的???電能分???配，而???分布式???發(fā)電能???夠克服???傳統(tǒng)單???一大電???網(wǎng)對新???能源接???入的電???網(wǎng)質(zhì)量???問題，???進(jìn)而更???好的實???現(xiàn)對新???能源的???利用。???因此，???對于適???合接入???新能源???的分布???式發(fā)電???系統(tǒng)而???言，既???能夠滿???足大電???網(wǎng)供電???不足的???需求，???也能夠???實現(xiàn)為???局部地???區(qū)的重???要負(fù)荷???進(jìn)行供???電。工???作原理???是將新???能源轉(zhuǎn)???化為電???能，再???通過所???設(shè)的小???型發(fā)電???機(jī)組來???實現(xiàn)新???能源替???代化石???燃料進(jìn)???行能源???供給。???對于新???能源而???言，其???能量轉(zhuǎn)???換是對???特定區(qū)???域進(jìn)行???實現(xiàn)集???中供電???，其供???電模式???如下圖???1-1???所示，???通過新???能源接???入電網(wǎng)???逆變器???，再通???過電能???變換裝???置實現(xiàn)???對復(fù)合???的供電???儲能裝???置的儲???能以及???并入電網(wǎng)。圖1-1分布式供電模式簡圖采用分布式???發(fā)電系???統(tǒng)是通???過整合???各地的???新能源???來實現(xiàn)???系統(tǒng)發(fā)???電，通???過逆變???器等元???器件能???夠?qū)⑿???能源轉(zhuǎn)???化為電???能。逆???變器的???作用是???交直流???轉(zhuǎn)換，???能夠更???好的為???新能源???的類型???提供良???好的電???能輸入???條件[???4]。???國內(nèi)“???十三五???”文件???指出，???我國大???力倡導(dǎo)???對新能???源的使???用，這???符合當(dāng)???前我國???的綠色???能源主???題。因???此新能???源發(fā)電???系統(tǒng)在???我國電???力系統(tǒng)???應(yīng)用中???具有著???重要的???發(fā)展?jié)???力，新???能源在???一定程???度上緩???解了對???化石燃???料的消???耗。但???是在現(xiàn)???如今新???能源的???利用上???還有許???多問題???等待我???們?nèi)ソ???決，根???據(jù)當(dāng)前???對于新???能源的???利用，???并入電???網(wǎng)所產(chǎn)???生的電???能質(zhì)量???問題以???及新能???源轉(zhuǎn)換???的穩(wěn)定???問題都???是新能???源發(fā)電???存在的???重要問???題。隨???著各地???新能源???所接入???的分布???式發(fā)電???系統(tǒng)，???在并入???國家電???網(wǎng)以后???對于電???網(wǎng)具有???嚴(yán)重沖???擊力。???新能源???對電網(wǎng)???的電能???質(zhì)量沖???擊問題???仍然有???待社會???各界學(xué)???者進(jìn)行???關(guān)注和???研究。在新能源???系統(tǒng)發(fā)???電中，???太陽能???憑借著???其易得???性和清???潔性受???到了廣???泛的關(guān)???注，對???于太陽???能發(fā)電???可以使???用光伏???板組件???實現(xiàn)對???太陽能???的獲取???。整個???太陽能???發(fā)電系???統(tǒng)產(chǎn)生???的能耗???以及能???源類型???都達(dá)到???了當(dāng)前???綠色能???源標(biāo)準(zhǔn)???，但太???陽能發(fā)???電的缺???點是容???易受到???地區(qū)天???氣環(huán)境???的影響???。但太???陽能發(fā)???電具有???方便、???快捷以???及廉價???的綜合???優(yōu)勢，???這些優(yōu)???勢也使???得太陽???能發(fā)電???具有更???為廣闊???的前景???和發(fā)展???潛力。???因此在???當(dāng)前國???際社會???化石燃???料危機(jī)???的時代???背景之???下，發(fā)???展新能???源已經(jīng)???成為當(dāng)???前人類???能源探???索的重???要途徑???，而在???眾多新???能源中???太陽能???發(fā)電具???有著強(qiáng)???大的發(fā)???展?jié)摿???與開發(fā)???價值，???以太陽???能為能???源終端???的并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)的研???究具有???著重要???的研究???意義與???理論價???值。1.2光伏微電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要性太陽能發(fā)???電是通???過并網(wǎng)???逆變器???來實現(xiàn)???交直流???電能變???換，再???通過與???電網(wǎng)相???連實現(xiàn)???整個太???陽能發(fā)???電系統(tǒng)???的設(shè)計???。在太???陽能發(fā)???電系統(tǒng)???中，逆???變器是???重要的???組成元???件，也???是連接???光伏板???與電網(wǎng)???的核心???元件[???5]。???對逆變???器的控???制，能???夠更好???的實現(xiàn)???直流側(cè)???太陽能???與電能???的轉(zhuǎn)換???，也能???夠?qū)崿F(xiàn)???交流側(cè)???逆變器???與電網(wǎng)???的穩(wěn)定???連接。???因此在???整個發(fā)???電過程???中，需???要使用???有效的???控制手???段來保???證逆變???器輸出???電能達(dá)???到并網(wǎng)???標(biāo)準(zhǔn)。???對于直???流側(cè)光???伏系統(tǒng)???的控制???手段和???逆變側(cè)???輸出電???流的控???制都是???優(yōu)化電???網(wǎng)電能???質(zhì)量的???重要途???徑。在???太陽能???發(fā)電系???統(tǒng)研究???中，通???過采用???良好的???控制算???法實現(xiàn)???系統(tǒng)的???控制，???是保證???光伏并???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)電???能質(zhì)量???提升的???關(guān)鍵所???在，而???在整個???光伏微???電網(wǎng)發(fā)???電系統(tǒng)???設(shè)計當(dāng)???中，其???電能質(zhì)???量由于???接入了???電力電???子器件???以及引???入新的???能源方???式，所???以整個???系統(tǒng)的???穩(wěn)定運???行也會???對大電???網(wǎng)的電???能質(zhì)量???產(chǎn)生嚴(yán)???重的沖???擊。在???新能源???并入電???網(wǎng)的過???程中，???通常都???需要大???量的電???力電子???器件來???實現(xiàn)電???能的轉(zhuǎn)???換和穩(wěn)???定傳輸???，原本???的電網(wǎng)???系統(tǒng)非???線性負(fù)???荷明顯???增加，???這會對???電網(wǎng)產(chǎn)???生諧波???以及無???功沖擊???響應(yīng)，???會使得???電網(wǎng)的???電能質(zhì)???量明顯???降低。???所謂的???電網(wǎng)電???能質(zhì)量???是受到???電源類???型不同???所造成???的幅值???、頻率???以及諧???波等沖???擊，因???為在電???網(wǎng)系統(tǒng)???中如果???并入新???能源，???發(fā)電系???統(tǒng)其電???源具有???多樣性???，并且???各種不???同新能???源會受???到其他???因素的???影響，???使得不???能與電???網(wǎng)同步???，因此???新能源???接入后???電網(wǎng)系???統(tǒng)具有???較大的???電能質(zhì)???量隨機(jī)???性。而針對太陽能而言，太陽能發(fā)電系統(tǒng)是以光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)為例進(jìn)行設(shè)計。在該系統(tǒng)中，新能源發(fā)電的電源形式主要是光伏電源，為進(jìn)一步探究新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，所需要的逆變器、變壓器等非線性負(fù)載會影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量，具體影響電網(wǎng)的電壓、電流、頻率和諧波引起的電壓畸變、電壓偏差等一系列問題，而光伏發(fā)電系統(tǒng)因為太陽能所受到的干擾性使其光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性強(qiáng)的特點，因此無法保障電能質(zhì)量符合電網(wǎng)的并網(wǎng)要求[6]。隨著并網(wǎng)???系統(tǒng)非???線性負(fù)???載不斷???增加，???在并網(wǎng)???后會對???微電網(wǎng)???造成大???量的諧???波污染???問題。???造成光???伏并網(wǎng)???系統(tǒng)電???能質(zhì)量???問題主???要原因???一是因???為光伏???電池對???太陽能???捕獲的???隨機(jī)性???、不確???定性以???及波動???性問題???，二是???系統(tǒng)結(jié)???構(gòu)以及???控制策???略造成???的問題???。因此???對于并???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)電???能質(zhì)量???提升的???研究而???言，確???保太陽???能的高???效利用???率也能???夠提高???電網(wǎng)電???能質(zhì)量???，需要???采用改???進(jìn)的光???伏結(jié)構(gòu)???以及先???進(jìn)的控???制算法???來對電???能質(zhì)量???問題進(jìn)???行改進(jìn)???。光伏???發(fā)電系???統(tǒng)是一???種可以???將太陽???能、負(fù)???荷、逆???變器以???及保護(hù)???裝置綜???合一起???的小型???發(fā)電系???統(tǒng)，可???獨立孤???島運行???也可并???網(wǎng)運行???。在孤???島運行???模式下???對當(dāng)?shù)???重要負(fù)???荷進(jìn)行???供電，???并網(wǎng)運???行時將???電能并???入到電???網(wǎng)中，???此時需???要綜合???考量并???網(wǎng)電能???質(zhì)量問???題，確???保優(yōu)化???的電能???管理來???降低分???布式發(fā)???電系統(tǒng)???并入電???網(wǎng)之后???所造成???的諧波???共振。???分布式???并網(wǎng)發(fā)???電系統(tǒng)???在接入???電網(wǎng)之???后，其???優(yōu)點是???能夠合???理的運???用分布???式電源???緩解電???網(wǎng)供電???壓力，???但與此???同時會???產(chǎn)生負(fù)???面影響???，也為???微電網(wǎng)???并網(wǎng)系???統(tǒng)的研???究帶來???了挑戰(zhàn)[7]。綜上所述???，微電???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)能???夠有效???的緩解???電網(wǎng)發(fā)???電不足???的弊端???，能夠???合理的???引用新???能源發(fā)???電形式???來補(bǔ)充???電網(wǎng)電???能，進(jìn)???而削減???了傳統(tǒng)???化石燃???料的消???耗。但???與此同???時，對???于并網(wǎng)???系統(tǒng)還???需要綜???合考量???新能源???接入造???成的電???網(wǎng)電能???質(zhì)量降???低的問???題，綜???合文獻(xiàn)???資料，???當(dāng)前對???電網(wǎng)電???能質(zhì)量???治理主???要有兩???個手段???。一是???可以采???用相應(yīng)???的裝置???來實現(xiàn)???對電能???質(zhì)量的???提升，???可以采???用有源???電力濾???波器、???靜止無???功發(fā)生???器等來???專門引???用電能???質(zhì)量治???理裝置???對電能???質(zhì)量進(jìn)???行改善???，二是???從直流???側(cè)和交???流側(cè)改???進(jìn)控制???策略，???主動提???高并網(wǎng)???系統(tǒng)發(fā)???電質(zhì)量???。而本???文主要???是從控???制策略???出發(fā)來???保證并???網(wǎng)系統(tǒng)???發(fā)電質(zhì)???量來提???高并入???電網(wǎng)的???電能質(zhì)量。1.3國內(nèi)研究現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)對于???光伏并???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)的???研究在???二十世???紀(jì)七十???年代末???期開始???，鑒于???當(dāng)時的???能源問???題突出???，國內(nèi)???急切尋???找可再???生能源???替代傳???統(tǒng)化石???燃料的???大量消???耗。與???此同時???，各國???都在爭???相的對???新能源???進(jìn)行研???究，也???頒布了???相應(yīng)的???鼓勵政???策來全???面推動???新能源???的綠色???發(fā)展戰(zhàn)???略。而???我國對???于光伏???并網(wǎng)系???統(tǒng)的起???步相對???較晚，???但當(dāng)前???我國對???于太陽???能利用???率已經(jīng)???達(dá)到了???世界先???進(jìn)水平???，對于???光伏電???池的生???產(chǎn)以及???光伏并???網(wǎng)的電???能質(zhì)量???的研究???中已經(jīng)???趨于世???界前列???。追溯???我國光???伏并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)的發(fā)???展歷程???，我國???是從2???000???年開始???正式有???規(guī)模的???對光伏???產(chǎn)業(yè)進(jìn)???行全面???普及，???在20???02年???我國啟???動的“???西部省???區(qū)無電???通電”???計劃，???就是利???用我國???西部較???為豐富???的太陽???能實現(xiàn)???局部供???電[8???，9]???。20???03年???由國家???發(fā)改委???制定了???“五年???太陽能???資源開???發(fā)工程???”計劃???，也極???大的推???動了光???伏并網(wǎng)???系統(tǒng)在???西北地???區(qū)的全???面建設(shè)???。到2???010???年我國???光伏發(fā)???電產(chǎn)業(yè)???已經(jīng)初???具規(guī)模???，并且???由國家???所鼓勵???的光伏???補(bǔ)貼政???策也較???好的推???動了對???太陽能???的綜合???利用，???據(jù)統(tǒng)計???已有2???800???MW容???量的光???伏項目???落地中???國，也???使得國???內(nèi)光伏???發(fā)電產(chǎn)???業(yè)達(dá)到???了新的???高度[???10]。我國太陽???能資源???相對較???為豐富???，人口???基數(shù)大???對能源???的消耗???量巨大???，而在???各地所???采用的???太陽能???發(fā)電能???夠極大???的緩解???了電網(wǎng)???供電壓???力。近???年來隨???著科學(xué)???技術(shù)的???快速發(fā)???展，人???們的生???活需求???明顯增???高，對???電能質(zhì)???量的要???求也提???出了新???的挑戰(zhàn)???。而作???為新能???源戰(zhàn)略???發(fā)展的???重要模???塊，太???陽能并???網(wǎng)系統(tǒng)???的發(fā)電???質(zhì)量問???題也受???到了社???會各界???學(xué)者的???研究和???關(guān)注。???201???5年中???國科學(xué)???院研究???團(tuán)隊針???對并網(wǎng)???量問題???進(jìn)行綜???合設(shè)計???，提出???了采用???靜止無???功發(fā)生???器（S???VG）???和有源???電力濾???波器（???APF???）等電???能質(zhì)量???補(bǔ)償裝???置來實???現(xiàn)電網(wǎng)???終端電???能質(zhì)量???的治理???手段[???11]???。20???18年???國內(nèi)很???多學(xué)者???對主動???改善電???能質(zhì)量???進(jìn)行研???究，綜???合來看???是通過???改進(jìn)光???伏并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)中的???兩級拓???撲結(jié)構(gòu)???的控制???策略來???主動改???善發(fā)電???質(zhì)量。???對于光???伏側(cè)的???控制策???略提出???了已改???進(jìn)的M???PPT???控制算???法來實???現(xiàn)直流???側(cè)電能???諧波的???治理，???并通過???改進(jìn)的???LLC???LL型???濾波器???進(jìn)行諧???波的濾???波結(jié)構(gòu)???改善。???還有學(xué)???者提出???通過引???入滑膜???控制策???略、神???經(jīng)網(wǎng)絡(luò)???控制策???略、魯???棒控制???策略等???先進(jìn)的???控制算???法來提???高控制???性能[???12]???，進(jìn)一???步改善???了逆變???器側(cè)的???輸出電???能質(zhì)量。綜上所述???，國內(nèi)???對于并???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)的???電能質(zhì)???量研究???還會朝???著更深???更廣的???范圍進(jìn)???行深入???研究，???針對并???網(wǎng)電能???質(zhì)量問???題，將???會從根???源上解???決諧波???引入帶???來的負(fù)???面影響。1.3.2國外研究現(xiàn)狀美國是最早對光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)系統(tǒng)化研究的國家之一，在上個世紀(jì)八十年代初期美國就已經(jīng)開始大規(guī)模推行太陽能計劃，所建立的“百萬屋頂”項目極大的推動了太陽能發(fā)電技術(shù)在美國的普及。該計劃是實現(xiàn)在美國100萬座建筑物上安裝太陽能發(fā)電光伏板，實現(xiàn)替代化石燃料對民眾供電。進(jìn)入到21世紀(jì)以來，美國對新能源政策法令的頒布更為頻繁，這極大的推動了以太陽能為主要的新能源發(fā)展趨勢[???13]???。美國對太陽能領(lǐng)域的研究也不斷輻射至周邊國家，在此德國提出了十萬光伏屋頂計劃，并且隨著能源問題的加劇，當(dāng)?shù)卣泊罅Ψ龀止夥l(fā)電技術(shù)的普及。因此，國外對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究和熱度都在逐漸增加。各界學(xué)者對光伏發(fā)電系統(tǒng)的深入研究，也使得光伏的并網(wǎng)電能質(zhì)量問題受到了廣泛的關(guān)注和研究。英國牛津大學(xué)科研團(tuán)隊針對電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題提出了新的論述觀點，該團(tuán)隊指出通過優(yōu)化分布式發(fā)電系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)和控制效果來達(dá)到電網(wǎng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這也為分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制研究提供了巨大的推動力[???14]???。2013年，日本的學(xué)者提出通過改善光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來主動的改善并網(wǎng)的電能質(zhì)量，通過優(yōu)化光伏電池板的電能轉(zhuǎn)化效率，改進(jìn)濾波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)兩級濾波來消除太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的高次諧波。經(jīng)過實驗驗證在并網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波含量得到了明顯的抑制，符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。以色列科研團(tuán)隊提出通過在并網(wǎng)側(cè)引入電能質(zhì)量諧波消除裝置，能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)后的電能經(jīng)過二次處理以后，實現(xiàn)濾除電網(wǎng)中的高次諧波并矯正電能頻率，經(jīng)過二級轉(zhuǎn)換的電能再并入電網(wǎng)后能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)小范圍沖擊???[15???]。在2018年，德國科學(xué)家在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了整體改進(jìn)，通過三級結(jié)構(gòu)策略實現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在光伏側(cè)為一級、逆變側(cè)為三級，通過引入的有源電力濾波器為三級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位、多頻次的諧波治理，實驗結(jié)果表明該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有良好的并網(wǎng)質(zhì)量[16]。1.3.3質(zhì)量提升方法本文的微電網(wǎng)電能質(zhì)量提升包括如何運用控制策略來提升光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量，其中利用光伏MPPT控制的方法有三種，分別為：常量控制法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法。其中常量控制法為外界???環(huán)境的變???化尤???其是對于溫???度變化???時來保???證光伏???陣列實???現(xiàn)最大???功率輸???出的一???種MP???PT的???控制方???法。其?顯著的特???點是控???制結(jié)構(gòu)???為開環(huán)???控制，雖然控???制簡單且?易實現(xiàn)???，但是對于?外界環(huán)???境變化???較大的???場所并???不利于???常量控???制法的???應(yīng)用。電導(dǎo)增量法的控制精確，響應(yīng)速度比較快，適用于大氣條件變化較快的場合，但是對硬件的要求特別是傳感器的精度要求比較高，系統(tǒng)各個部分響應(yīng)速度都要求比較快，因而整個系統(tǒng)的硬件造價會比較高。本文著重介紹擾動觀察法，其原理是不斷改變光伏的輸出電壓來判斷獨立光伏的系統(tǒng)輸出功率是否達(dá)到最大點。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、被測參數(shù)少、容易實現(xiàn)、而且是一種真正的最大功率跟蹤。該方法為本文重點完成如何運用?MAT???LAB???/Si???mul???ink平臺對擾動觀察法（P&O）來檢測光伏并網(wǎng)的電能質(zhì)量提升。1.4主要研究內(nèi)容及設(shè)計要求主要研究內(nèi)容：建立一個???微電網(wǎng)???模型，???對系統(tǒng)???電能質(zhì)???量進(jìn)行???分析，???針對電???能質(zhì)量???存在的???問題設(shè)???計相應(yīng)???的改善???措施，???給出其???控制策???略，以???滿足系???統(tǒng)電能???質(zhì)量安???全、可???靠、穩(wěn)???定的運???行需求。設(shè)計要求：(1)熟悉題???目，收???集資料???，根據(jù)???題目充???分了解???技術(shù)要???求，明???確設(shè)計???任務(wù)。(2)對所研究???的微電???網(wǎng)系統(tǒng)???進(jìn)行詳???細(xì)的了???解，對???系統(tǒng)電???能質(zhì)量???相關(guān)參???數(shù)進(jìn)行???分析計???算。(3)研究改善???系統(tǒng)電???能質(zhì)量???的方法???，選定???改進(jìn)系???統(tǒng)方案???，搭建???系統(tǒng)總???體結(jié)構(gòu)???框圖。(4)完???成電路???控制系???統(tǒng)設(shè)計。(5)完???成系統(tǒng)???仿真驗???證。(6)層次???清楚、???段落分???明、思???路清晰???、論證???充分、???文筆簡???練。設(shè)???計思路???要求科???學(xué)合理???，并具???有一定???的先進(jìn)???性。章節(jié)安排：本文圍繞光伏???發(fā)電微???電網(wǎng)系???統(tǒng)電能???質(zhì)量的???提升，???做了以???下幾個???方面的???內(nèi)容：第1章???：對選???題背景???、研究???目的及???意義進(jìn)???行分析???，根據(jù)???文獻(xiàn)查???閱，對???國內(nèi)外???研究現(xiàn)???狀進(jìn)行???分析。第2章：???對光伏???電池的???組成和???應(yīng)用原???理進(jìn)行???分析，???依據(jù)光???伏電池???工作原???理輸出???特性進(jìn)???行數(shù)學(xué)???模型的???推導(dǎo)。第3章：???對光伏???電池的???控制方???法進(jìn)行???綜合論???述，對???比MP???PT的???設(shè)計方???法并最???終以P???&O法???來實現(xiàn)???MPP???T的設(shè)???計，然???后利用???MAT???LAB???/Si???mul???ink???平臺進(jìn)???行仿真???驗證光???伏電池???的輸出???特性，???進(jìn)一步???驗證了???光伏電???池采用???的控制???算法具???有良好???的輸出???特性。第4章：光???伏并網(wǎng)???控制策???略，介???紹單相???光伏并???網(wǎng)系統(tǒng)???的結(jié)構(gòu)???和核心???的并網(wǎng)???逆變器???的控制???，采用???雙閉環(huán)???控制策???略實現(xiàn)???光伏并???網(wǎng)，利???用仿真???平臺進(jìn)???行驗證???控制策???略對光???伏并網(wǎng)???的電能???質(zhì)量的???提升。第5章：結(jié)倫為本文介紹了以單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為微電網(wǎng)研究對象，對相關(guān)主要部分進(jìn)行了分析與仿真研究，這還需在實驗中對其進(jìn)行驗證。在逆變器的控制中，光伏側(cè)考慮在標(biāo)況條件下，將直流側(cè)等效為電壓源，還需要綜合考慮光伏側(cè)能量供給問題。光伏部分MPPT控制本文采用了常規(guī)定步長P&O法，目前變步長算法被很多學(xué)者提出，可以采用這些控制精度更高且適應(yīng)性更好的算法。綜上所述，所采用的MPPT控制方法和采用的兩級拓?fù)淇刂撇呗阅軌蛱嵘娔苜|(zhì)量。

第2章光伏電池原理“光生伏打”是一種由光生電的物理現(xiàn)象，通過太陽光照射到特定材料表面所引起的一種物理現(xiàn)象，被發(fā)現(xiàn)在19世紀(jì)末。到了20世紀(jì)50年代初期，光伏電池是由美國貝爾實驗室通過半導(dǎo)體試驗所研發(fā)出來的一種光電反應(yīng)。而在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中正是通過光生電的物理現(xiàn)象來實現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)換，其主要工作原理是將光能捕捉到光伏電池板上進(jìn)而將光能轉(zhuǎn)化為電能。光伏電池板由多個光伏電池組件共同構(gòu)成，是實現(xiàn)光伏發(fā)電的重要組件，是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的重要介質(zhì)。因此，對于光伏電池的原理和特性進(jìn)行研究是極其必要的，能夠更加有效的利用太陽能，保證了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)光伏側(cè)的穩(wěn)定性，這也為主動提高并網(wǎng)電能質(zhì)量提供了重要的實現(xiàn)途徑。2.1光伏電池分類對于當(dāng)前太???陽能的???利用方???式，是???通過光???伏電池???實現(xiàn)電???能轉(zhuǎn)換???。對于???光伏電???池的種???類和發(fā)???展而言???共經(jīng)歷???了四個???階段，???第一階???段是襯???底硅晶???電池，???第二階???段為薄???膜電池???，第三???階段為???新觀念???研發(fā)電???池，第???四階段???為復(fù)合???薄膜電???池。經(jīng)???過四代???光伏電???池的發(fā)???展，如???今的光???伏電池???是以復(fù)???合薄膜???材料為???主導(dǎo)的???電池。???光伏電???池的發(fā)???展類型???如下圖???2-1???所示，???由下圖???可知采???用晶體???硅類光???伏電池???材料分???為單晶???硅和多???晶硅。???晶體硅???類電池???在應(yīng)用???中具有???光電效???率高的???特點，???是當(dāng)前???光伏電???池主要???的研發(fā)???種類。???薄膜的???光伏電???池及材???料具有???污染環(huán)???境的不???良弊端???，因此???對于薄???膜類電???池的研???究還有???待進(jìn)一???步深化???。對于???新型光???伏電池???，該技???術(shù)正處???于綜合???研發(fā)階???段，因???此對于???光伏電???池的研???究與應(yīng)???用多以???晶體硅???類為主???要材料。圖2-1光伏電池類型2.2光伏電池工作原理光伏電池是通過所構(gòu)造的半導(dǎo)體材料的特性實現(xiàn)光生伏特效應(yīng)，采集太陽光進(jìn)而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)前所用的光伏電池所采用的半導(dǎo)體材料為硅材料，因此在下圖2-2所示的光伏電池工作原理圖中可以看到。硅這種半導(dǎo)體材料受到光照后會因為硅材料內(nèi)部的原子運動實現(xiàn)對光照中的光了進(jìn)行吸收，當(dāng)原子吸收太陽能中存在的光子能量之后，會使得電子掙脫原子內(nèi)部的引力而運動，此時的電子在硅材料內(nèi)部成為了活躍的自由電子，自???由電子???的移動???會在P???N節(jié)兩???側(cè)不斷???運動，???通過大???量自由???電子的???移動會???在PN???結(jié)兩側(cè)???產(chǎn)生電???位差。???整個硅???材料進(jìn)???行通電???以后，???電流產(chǎn)???生會對???整個電???池產(chǎn)生???輸出功???率，進(jìn)???而實現(xiàn)???了光能???至太陽???能的轉(zhuǎn)???換，這???也是光???伏電池???的光生???電根本???的原理[17]。圖2-2光伏電池工作原理2.3光伏電池數(shù)學(xué)模型與輸出特性光伏電池的???數(shù)學(xué)模???型確定???是需要???在理想???條件下???進(jìn)行的???，理想???條件下???，設(shè)定???太陽光???照和環(huán)???境溫度???恒定時???，光生???電流也???是恒定???的，此???時的光???伏電池???內(nèi)部結(jié)???構(gòu)可以???用圖2???-3所???示的等???效電路???來表示。圖2-3光伏電池等效電路在上圖2???-3中???，為光生???電流，???D為P???N結(jié)的???二極管???，為其正???向電流???，、為分別???為內(nèi)部???等效串???、并聯(lián)???電阻，???為上流過???的電流???，、分別為???光伏電???池輸出???的電流???和電壓???。光生電流為[18]： (2.1)其中，——光伏???電池工???作在光???照，溫度???標(biāo)況時???的短路???電流；——光伏電池???的溫度???系數(shù)，???晶硅電???池為；——環(huán)境???當(dāng)前溫???度；——光???照強(qiáng)度???。流過二極???管的電???流為： (2.2)其中，——反???向飽和???電流；——電子???電荷量???()；——玻爾???茲曼常???數(shù)()；——光伏???電池的???理想因???數(shù)(約???1~5)。由基爾霍???夫電流???定律有： (2.3)則光伏電???池的輸???出功率???為： (2.4)結(jié)合式2???.3和???式2.???4可得???光伏電???池輸出???特性曲???線如圖???2-4所示。圖2-4光伏電池輸出特性圖2-4中，為短路???電流；???為開路???電壓；???為功率???的最大???值；、分別為???對應(yīng)的???電流和???電壓的???值?？???以看出???，光伏???電池是???一個非???線性直???流電源。2.4光伏電池仿真分析在Mat???lab???/Si???mul???ink???軟件對???光伏電???池進(jìn)行???仿真，???在光伏???電池的???仿真中???使用了???14塊???型號T???rin???aS???ola???rT???SM-???250???PA0???5.0???8的光???伏板共???同串聯(lián)???組成光???伏電池???的仿真???模型，???在該模???型中設(shè)???定的開???路電壓???為37???.6V???，設(shè)定???的短路???電流8.5???5A，???設(shè)定的???光生電???流為8.???579???5A，???根據(jù)光???伏電池???的電阻???特性設(shè)???定、分別為???301???.8Ω???和0.???247Ω。在光伏電池???的輸出???特性中???，光伏???電池輸???出特性???良好的???重要參???數(shù)可以???由光伏???電池電???壓電流???輸出曲???線和電???壓功率???輸出曲???線進(jìn)一???步分析???。當(dāng)電???壓電流???輸出特???性具有???良好的???波形特???點以及???電壓功???率特性???曲線具???有良好???的穩(wěn)定???性時，???來進(jìn)一???步分析???光伏電???池的輸???出曲線???特性。???因此下???圖2-???5所示???即為光???照強(qiáng)度???和溫度???變化后???的的光???伏電池???輸出特???性曲線。圖2-5溫度為25℃時，不同光照強(qiáng)度下的光伏輸出特性曲線圖2-5???所示的???光伏輸???出特性???曲線在???溫度2???5℃時???光照強(qiáng)???度從1???KW/???m2、???0.5???KW???/m2???、0.???1K???W/m???2變化???時，可???以看到???此時的???短路電???流也跟???著變化???，當(dāng)隨???著光強(qiáng)???的增加???短路電???流的變???化與光???照強(qiáng)度???之間是???呈正比???例關(guān)系???，此時???可以看???到開路???電壓隨???著光照???強(qiáng)度的???變化很???小。由???仿真表???明，光???照強(qiáng)度???并不是???影響光???伏電池???輸出的???唯一因???素，溫???度也會???對輸出???特性具???有重要???影響，???下圖2???-6所???示為光???照強(qiáng)度???在1K???W/m???2，溫???度的變???化從2???5℃、???45℃???和10???0℃時???光伏電???池輸出???特性曲???線。圖2-6光照強(qiáng)度為1KW/m2時，不同溫度下的光伏輸出特性曲線在圖2-???6所示???的光伏???輸出特???性曲線???可以分???析出，???光伏電???池的光???照強(qiáng)度???為恒定???的1K???W/m???2時，???溫度增???加的同???時，開???路電壓???卻是減???小，而???溫度的???變化對???短路電???流影響???較小。???因此通???過上圖???中的仿???真結(jié)果???分析可???知對光???伏電池???所建立???的數(shù)學(xué)???模型能???夠準(zhǔn)確???無誤描???述光伏???電池的???特性。綜上所述，通過對光伏電池的仿真表明，光伏電池電壓與功率的輸出特性是存在非線性關(guān)系，最大功率的輸出點只有一個，說明所建立的數(shù)學(xué)模型與圖2-4的特性曲線保持一致。因此可以證明所建立的光伏電池仿真與理論上的特性曲線分析結(jié)果基本一致，當(dāng)在最大功率點進(jìn)行工作時，逆變側(cè)的并網(wǎng)電能質(zhì)量也會有較大的提升，因此對于主動提升電能質(zhì)量，在光伏側(cè)和逆變器側(cè)的兩級拓?fù)渲校枰捎眠m當(dāng)?shù)目刂撇呗?，來保證并入電網(wǎng)的電能符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。第3章光伏MPPT控制在光伏并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)中，???以光伏???側(cè)和逆???變器側(cè)???兩級拓???撲結(jié)構(gòu)???為完整???的系統(tǒng)???設(shè)計結(jié)???構(gòu)，光???伏側(cè)是???為了實???現(xiàn)太陽???能轉(zhuǎn)化???為電能???，其性???能的好???壞與控???制策略???具有直???接關(guān)系???。在光???伏側(cè)光???電轉(zhuǎn)換???中會含???有大量???頻次的???諧波，???這會對???逆變器???側(cè)的控???制以及???并網(wǎng)電???能質(zhì)量???都會造???成不良???影響。???為了確???保光伏???側(cè)直流???電穩(wěn)定???供應(yīng)，???作為逆???變器側(cè)???的輸入???電源需???要采用???合理的???控制策???略來對???光伏側(cè)???直流電???進(jìn)行控???制。因???此，在???光伏側(cè)???采用M???PPT???最大功???率跟蹤???算法，???一是為???了保證???光能最???大利用???率，二???是濾除???直流側(cè)???電源含???有的大???量諧波???，這也???為后續(xù)???的逆變???器側(cè)拓???撲控制???提供了???良好的???前級輸???入，并???且最終???對電能???質(zhì)量的???提升具???有著重???要的作???用。下圖3-1???所示為???MPP???T工作???原理，???因為光???伏陣列???會受到???外部環(huán)???境因素???的影響???，進(jìn)而???伏安特???性和功???率特性???曲線都???會隨著???外界條???件變化???而變化???。光伏???電池所???捕獲的???太陽能???轉(zhuǎn)化的???電能并???不是恒???定不變???的，光???伏側(cè)直???流電源???是隨著???外界環(huán)???境不斷???改變的???變量。???而為了???實現(xiàn)整???個并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)的穩(wěn)???定性，???需要直???流側(cè)電???源保持???恒定才???能夠更???好的實???現(xiàn)并網(wǎng)???后的電???能質(zhì)量???達(dá)到標(biāo)???準(zhǔn)。根???據(jù)上一???節(jié)的光???伏陣列???輸出特???性曲線???，在理???想環(huán)境???下輸出???曲線中???存在最???大功率???輸出點???，為了???實現(xiàn)光???伏電池???以最大???功率點???輸出，???因此采???用MP???PT控???制算法???實現(xiàn)最???大功率???輸出。???當(dāng)外界???環(huán)境的???光照強(qiáng)???度以及???溫度改???變時，???最大功???率點的???輸出位???置也會???隨之發(fā)???生改變???。所采???用的M???PPT???就是綜???合溫度???以及光???照強(qiáng)度???變化時???直流測???電源的???輸出以???最大功???率點輸???出，保???證直流???電源的???穩(wěn)定。圖3-1MPPT工作原理在上圖???3-1???所示的???曲線中???，曲線???1為光???伏電池???外部環(huán)???境恒定???時，即???光照強(qiáng)???度與溫???度恒定???不變時???所接的???負(fù)載。???曲線1???與負(fù)載???1的交???匯處即???為光伏???電池最???大功率???輸出點???A。當(dāng)???曲線1???的外界???光照強(qiáng)???度降低???，為了???便于分???析保持???溫度恒???定不變???，曲線???2即為???曲線1???在溫度???恒定、???光照強(qiáng)???度降低???時的輸???出特性???曲線。???此時負(fù)???載1與???曲線2???的交匯???點B將???不再是???以最大???功率輸???出，在???曲線2???中C點???才是最???大功率???輸出點???，因此???從B點???至C點???的遷移???需要M???PPT???控制算???法來實???現(xiàn)。3.1常用的MPPT算法目前實現(xiàn)MPPT控制的常用的幾種方法有:常量控制法、擾動觀察法(P&O)和電導(dǎo)增量法等。選擇控制性能好的MPPT算法能夠?qū)崿F(xiàn)在控制效果上改善并網(wǎng)電能質(zhì)量，對電能質(zhì)量的提升具有著關(guān)鍵的作用[19]。(1)常量控制法常量控制法主要抑制外界環(huán)境變化(尤其是溫度變化)時保證光伏陣列實現(xiàn)最大功率輸出的一種MPPT的控制方法，一般情況下，常量控制閥中常常采用開路電壓法和短路電流法兩種，并目兩種方法在原理上具有相似之處。當(dāng)光???伏電池???所處環(huán)???境的溫???度或光???強(qiáng)變化???時，光???伏電池???MPP???電壓和開路???電壓、MP???P電流???和短路???電流可以近似按照線性關(guān)系來處理，正是根據(jù)這種非線性至線性化的轉(zhuǎn)換處理后，光伏電池將獲得近似的最大功率輸出。常量控制法的顯薯特點是控制結(jié)構(gòu)為開環(huán)控制，盡管控制簡單易實現(xiàn)，但是外界環(huán)境變化較大的場所并不利于常量控制法的應(yīng)用。???常量控???制法的???控制流???程圖如???下圖3???-2所???示。圖3-2常量控制法控制流程圖(2)擾動觀察法P&O算法即為擾動觀察法，其實現(xiàn)原理是通過對光伏陣列的輸出電壓施加擾動，對比擾動前后光伏電池的輸出功率，判斷出擾動施加后當(dāng)前輸出功率是否向最大功率點處移動來適當(dāng)調(diào)整電壓。采用擾動觀察法實現(xiàn)最大功率輸出的算法所需信息少，控制穩(wěn)定性高，也是當(dāng)前被廣泛使用的一種MPPT算法。P&O算法的工作原理是利用最大功率點自尋優(yōu)過程，通過光伏陣列輸出電壓和功率的增量是否一致，判斷是增大電壓還是減小電壓，通過對電壓值的調(diào)節(jié)保證光伏電池的輸出功率點在MPP附近。P&O算法思路簡單，容易理解，但是存在輸出點會在MPP附近擺動的缺點?？刂屏鞒虉D如圖3-3。圖3-3P&O法流程圖(3)電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量???法也是???光伏電???池最大???功率輸???出應(yīng)用???中常用???的MP???PT控???制方法???之一，???其工作???原理主???是比較???光伏電???池的瞬???時導(dǎo)抗???和導(dǎo)抗???變化量???來調(diào)節(jié)???光伏電???池的最???大功率???。其主???要優(yōu)點???在于跟???蹤速度???快，穩(wěn)???態(tài)精度???高。在???三種M???PPT???算法中???控制穩(wěn)???定性能???最優(yōu)，???但是算???法復(fù)雜???度也更???高?？???制流程???圖如圖???3-4。圖3-4電導(dǎo)增量法流程圖3.2MPPT控制的實現(xiàn)上述MPP???T控制???算法中???各有其???適用的???特定場???合，本???文根據(jù)???文獻(xiàn)查???閱，通???過綜合???考慮算???法可實???現(xiàn)性、???計算成???本及系???統(tǒng)復(fù)雜???程度，???本文采???用算法???簡單穩(wěn)???定性較???好的擾???動觀察???法實現(xiàn)???光伏電???池的M???PPT???控制。???在光伏???側(cè)中光???伏電池???的電能???是經(jīng)過???MPP???T算法???提供4???00V???左右的???直流電???，以此???作為逆???變器側(cè)???的電能???輸入，???經(jīng)過逆???變電路???變?yōu)殡???網(wǎng)側(cè)能???用的2???20V???交流電???，完善???的MP???PT算???法的應(yīng)???用能夠???提供并???網(wǎng)側(cè)輸???出電能???具有較???好的并???網(wǎng)性能???，達(dá)到???提升電???能質(zhì)量???的目的。3.3仿真分析在Mat???lab???/Si???mul???ink???平臺上???進(jìn)行仿???真分析???，以驗???證MP???PT算???法的有???效性。???當(dāng)溫度???為25???℃時，???光照強(qiáng)???度在0???.1s???處由1???KW/???m2降???至0.???25K???W/m???2，于???0.4???s處升???至0.???75K???W/m???2時，???采用P???&O法???的MP???PT的???結(jié)果如???圖3-???5所示。圖3-5光強(qiáng)變化時光伏MPPT控制結(jié)果從圖3-5可以看出，當(dāng)保持溫度為不變時，隨著光照強(qiáng)度的變化，光伏電池的輸出特性中功率曲線也會相應(yīng)的改變。由圖可以看到，此時的電壓變化范圍較小。因此可以看到采用P&O法實現(xiàn)MPPT控制時具有電壓波動范圍較小的控制效果。能夠使得光伏電池的電壓輸出保持良好特性，進(jìn)而與上一章節(jié)仿真結(jié)果對比后，可進(jìn)一步驗證所提出的控制策略具有良好的特性，符合配電網(wǎng)的要求。因此采用P&O法的控制策略在光伏逆變系統(tǒng)中能夠?qū)﹄娔苜|(zhì)量并網(wǎng)要求具有良性作用。

第4章單相光伏并網(wǎng)控制在光伏并網(wǎng)???發(fā)電設(shè)???計系統(tǒng)???中，為???了保證???電能質(zhì)???量的提???升，采???用先進(jìn)???的控制???策略可???以有效???的主動???提高電???能質(zhì)量???。并網(wǎng)???逆變器???是實現(xiàn)???電能變???換的重???要器件???，對并???網(wǎng)逆變???器的控???制能夠???有效的???保障并???網(wǎng)系統(tǒng)???的穩(wěn)定???性，可???以通過???先進(jìn)的???控制策???略來保???證電能???質(zhì)量，???提高電???力系統(tǒng)???安全穩(wěn)???定。在???光伏發(fā)???電系統(tǒng)???中，對???于大型???的光伏???發(fā)電站???是通過???接入1???0千伏???及以上???電壓等???級并入???電網(wǎng)中???進(jìn)行線???路輸電???，在大???型光伏???發(fā)電站???中所需???要關(guān)注???的并網(wǎng)???性能主???要有電???能質(zhì)量???、功率???標(biāo)準(zhǔn)、???低電壓???穿越以???及電電???網(wǎng)穩(wěn)定???性問題???。對于???小型發(fā)???電站通???常是以???380???伏電壓???等級實???現(xiàn)與電???網(wǎng)用戶???側(cè)進(jìn)行???相連，???在小型???發(fā)電站???中所需???要關(guān)注???的并網(wǎng)???性能主???要有電???能質(zhì)量???、電網(wǎng)???電壓和???頻率。???本文是???以小型???光伏發(fā)???電站的???電壓等???級為例???設(shè)計的???兩級拓???撲結(jié)構(gòu)???為基礎(chǔ)???的微電???網(wǎng)發(fā)電???系統(tǒng)，???進(jìn)而探???究并網(wǎng)???逆變器???的控制???策略以???及并網(wǎng)???的電能???質(zhì)量問題。4.1單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將太陽能發(fā)電應(yīng)用到分布式發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，能夠有效的解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在用電高峰期的用電壓力，與此同時也能大大的降低了傳統(tǒng)化石燃料的發(fā)電模式。因此，對于單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，采用合適的逆變器控制方法能夠更好的實現(xiàn)并網(wǎng)，逆變器作為并網(wǎng)系統(tǒng)的重要元件是實現(xiàn)交直流穩(wěn)定變換的重要核心。在對并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制時，輸入的信號形式為電壓信號而流出則???為電流???信號。???因此，???對于并???網(wǎng)逆變???器而言???，實現(xiàn)???交直流???電能轉(zhuǎn)???換后保???證并網(wǎng)???電流為???電網(wǎng)標(biāo)???入網(wǎng)標(biāo)???準(zhǔn)，整???個并網(wǎng)???系統(tǒng)中???電流總???諧波失???真(t???ota???lh???arm???oni???cd???ist???ort???ion???，TH???D和并???網(wǎng)的功???率因數(shù)???經(jīng)常被???作為電???能質(zhì)量???判定的???重要標(biāo)???準(zhǔn)。T???HD是???為了保???證入網(wǎng)???電流達(dá)???到額定???標(biāo)準(zhǔn)，???進(jìn)而保???障了由???新能源???所產(chǎn)生???的電能???匯入大???電網(wǎng)后???不會對???電網(wǎng)的???固有頻???率造成???沖擊。???因此在???并網(wǎng)中???，為了???保證電???能質(zhì)量???滿足并???網(wǎng)要求???，需要???較低的???THD???來限制???并網(wǎng)電???流中的???諧波含???量。對???于光伏???發(fā)電中???的諧波???，在光???伏側(cè)采???用MP???PT控???制算法???能夠有???效遏制???一部分???電流諧???波，而???流入并???網(wǎng)逆變???器中的???電流中???還會存???在一定???含量的???諧波。???在主回???路拓?fù)???結(jié)構(gòu)中???可以采???用LC???L和L???型濾波???器進(jìn)行???濾波，???濾波器???也是有???效濾除???電流諧???波的重???要器件???。對于???兩種濾???波器而???言，單???L電感???濾波器???結(jié)構(gòu)簡???單，但???對電流???中存在???的高頻???諧波濾???除效果???不夠理???想，需???要較大???的電感???值才能???抑制高???頻諧波???。而L???CL型???濾波器???根據(jù)其???濾波特???性可針???對高頻???諧波分???量進(jìn)行???濾波，???能夠?qū)???高頻次???諧波起???到良好???的抑制???作用。???因此綜???上所述???，本文???所采用???的光伏???并網(wǎng)系???統(tǒng)結(jié)構(gòu)???如下圖???4-1???所示。圖4-1單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在上圖4-???1所示???的拓?fù)???結(jié)構(gòu)中???，主回???路是由???PV光???伏板、???直流側(cè)???電容C???，逆變???器、L???CL濾???波器、???負(fù)載以???及電網(wǎng)???共同組???成。直???流側(cè)控???制策略???為MP???PT控???制，就???劉策控???制策略???為雙閉???環(huán)逆變???器控制???策略。???至此整???個單相???光伏并???網(wǎng)系統(tǒng)???結(jié)構(gòu)是???由兩級???控制策???略構(gòu)成???。圖4???-1逆???變電路???中，逆???變橋由???四個I???GBT???開關(guān)管???并聯(lián)反???饋二極???管組成???，為???直流側(cè)???電壓，???網(wǎng)側(cè)濾???波器的???拓?fù)浣Y(jié)???構(gòu)是L???CL型???，ig???、vg???分別為???網(wǎng)側(cè)電???流和電???壓。其???中，M???PPT???作用是???將直流???輸入電???壓升壓???到，???采用P???WM調(diào)???制方式???；DC???/AC???逆變電???路的作???用是將???MPP???T輸出???的直流???電轉(zhuǎn)換???為可以???并到網(wǎng)???側(cè)的交???流電，???逆變電???路中常???采用脈???寬調(diào)制???方式。4.2并網(wǎng)逆變器控制并網(wǎng)逆變???器控制???是整個???并網(wǎng)系???統(tǒng)的關(guān)???鍵核心???，良好???的控制???效果能???夠有效???的實現(xiàn)???光伏側(cè)???電能轉(zhuǎn)???換至交???流側(cè)。???并網(wǎng)的???完整系???統(tǒng)結(jié)構(gòu)???對于逆???變器的???逆變部???分，需???要采用???穩(wěn)定性???和控制???性良好???的控制???策略，???以保證???并網(wǎng)系???統(tǒng)的電???能質(zhì)量???得到顯???著提升????；???并網(wǎng)逆???變器的???功能作???用，可???通過逆???變器的???開關(guān)通???斷來調(diào)???整并網(wǎng)???電流，???使并網(wǎng)???電流輸???出為正???弦交流???波形，???并根據(jù)???輸出的???并網(wǎng)電???流實現(xiàn)???對逆變???器輸出???功率因???數(shù)的調(diào)???節(jié)。對???于并網(wǎng)???側(cè)逆變???器，在???保證穩(wěn)???定逆變???的功能???下，良???好的逆???變器側(cè)???控制策???略也能???夠?qū)???伏側(cè)M???PPT???控制進(jìn)???行實時???反饋，???進(jìn)而保???證光伏???陣列能???夠以最???大功率???穩(wěn)定可???靠的進(jìn)???行功率???輸出。???因此對???逆變器???的良好???控制能???夠有效???抑制網(wǎng)???側(cè)電壓???及電流???的波動???，對并???網(wǎng)電流???、并網(wǎng)???電壓以???及電能???質(zhì)量都???具有良???好的控???制作用。所以當(dāng)并網(wǎng)逆變器控制結(jié)構(gòu)在并網(wǎng)模式運行下，對逆變器的控制是為了保證并網(wǎng)輸出電流具有足夠低的諧波畸變率。與此同時為實現(xiàn)并網(wǎng)電能質(zhì)量的提升，可通過控制逆變器輸出電流來控制并網(wǎng)的功率因數(shù)。當(dāng)前并網(wǎng)逆變器是以電壓源型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主，因此在系統(tǒng)并網(wǎng)控制時，采用電流控制實現(xiàn)對并網(wǎng)輸出電流控制進(jìn)而主動提高了并網(wǎng)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，對諧波畸變率和輸出功率大數(shù)具有良好的調(diào)節(jié)效果。并網(wǎng)電流控制技術(shù)通常采用雙閉環(huán)控制以改善系統(tǒng)動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)精度，包括內(nèi)環(huán)電流環(huán)和外環(huán)電壓環(huán)。電壓外環(huán)得到電流環(huán)的給定幅值，與鎖相環(huán)?(PhaseLockedLoop，PLL)得到的正弦信號組成電流內(nèi)環(huán)的電流參考iref，與電網(wǎng)電流做差作為電流內(nèi)環(huán)的輸入，內(nèi)環(huán)輸出經(jīng)PWM調(diào)制得到逆變器開關(guān)器件的驅(qū)動信號，以實現(xiàn)逆變器運行。4.3系統(tǒng)仿真與電能質(zhì)量參數(shù)分析在Matlab???/Si???mul???ink???平臺上???搭建雙???閉環(huán)控???制策略???的單相???光伏并???網(wǎng)仿真???模型，???驗證系???統(tǒng)的運???行性能???，如圖???4-2???所示。???電流環(huán)???比例和???積分增???益分別???為0.???15和???6.6???，電壓???環(huán)比例???和積分???增益分???別為1???2和2???00，???PWM???載波頻???率為3???KHz。圖4-2單相光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器并網(wǎng)控制結(jié)構(gòu)圖光伏并網(wǎng)系???統(tǒng)在溫???度為2???5℃時???，光照???強(qiáng)度在???0.1???s處由???1KW???/m2???降至0???.25???KW/???m2，???于0.???4s處???升至0???.75???KW/???m2后???穩(wěn)定的???網(wǎng)側(cè)的???電流和???電壓輸???出波形???如圖4???-3所???示。分???析得?，光照???強(qiáng)度的???變化會???影響并???網(wǎng)電流???的幅值???，當(dāng)光???照強(qiáng)度???突變時???，MP???PT控???制算法???以及并???網(wǎng)逆變???器的控???制策略???能夠使???并網(wǎng)???電流很???快恢復(fù)???穩(wěn)定，???這驗證???了控制???的穩(wěn)定???性以及???并網(wǎng)電???能質(zhì)量???的提升???。圖4-3電網(wǎng)電壓和電流輸出波形由圖4-???3可以???看出，???無論光???照強(qiáng)度???升高還???是降低???，輸出???電壓幅???值接近???311???V，周???期0.???02s???，符合???單相交???流電的???電壓要求。圖4-4電網(wǎng)電壓THD值圖4-5未最大功率跟蹤時電網(wǎng)電壓THD值圖4-6PI控制參數(shù)未最優(yōu)時電網(wǎng)電壓THD值圖4-4???給出了???本設(shè)計???的電網(wǎng)???電壓的???總諧波???畸變率???(To???tal???Ha???rmo???nic???Di???sto???rti???on,???TH???D)，???可以看???出電網(wǎng)???電壓的???THD???<5???%，滿???足并網(wǎng)???要求。???圖4-???5和圖???4-6???仿真分???析可以???看出，???盡管并???網(wǎng)TH???D<???5%，???分別為???3.6???2%和???4.3???1%，???但是與???本文所???采用的???控制策???略下的???畸變率???0.0???6%相???比，明???顯提升???了并網(wǎng)???的電能???質(zhì)量，???與此同???時并網(wǎng)???控制策???略的理???論分析???是合理???正確的。根據(jù)并網(wǎng)變???換器的???電路結(jié)???構(gòu)，通???過坐標(biāo)???變換，???根據(jù)電???流參考???Id和???Iq（???無功電???流，I???q參考???設(shè)置一???般為零???），調(diào)???節(jié)器確???定逆變???器所需???的參考???電壓。???采用P???I雙閉???環(huán)控制???方法，???使用P???WM雙???極調(diào)制???方法向???IGB???T產(chǎn)生???脈沖信???號，實???現(xiàn)了、???電流閉???環(huán)控制???。仿真???結(jié)果表???明，系???統(tǒng)穩(wěn)態(tài)???運行時???，并網(wǎng)???變換器???輸出電???流波形???正弦度???良好，???電流諧???波含量???較小，???給定突???變時，???系統(tǒng)能???夠較快???速達(dá)到???系統(tǒng)給???定，具???有良好???的穩(wěn)態(tài)???性能和???動態(tài)性???能，保???證了光???伏發(fā)電???系統(tǒng)的???并網(wǎng)電???能質(zhì)量。

第5章結(jié)論光伏并網(wǎng)發(fā)???電系統(tǒng)???的廣泛???應(yīng)用，???以自身???獨特的???優(yōu)勢成???為未來???解決能???源問題???的一個???有效途???徑，本???文以基???于單相???光伏并???網(wǎng)系統(tǒng)???為研究???對象，???主要工???作內(nèi)容包括：(1)以微電網(wǎng)???為切入???點，研???究了電???能質(zhì)量???的提升???方式是???通過逆???變器控???制策略???來實現(xiàn)???的，因???此介紹???了光伏???發(fā)電系???統(tǒng)的組???成、分???類、應(yīng)???用和關(guān)???鍵技術(shù)???，對光???伏電池???原理、???分類、???建模、???輸出特???性進(jìn)行???了分析。(2)為提高光伏???發(fā)電利???用效率???，對M???PPT???原理和???常見的???幾種算???法進(jìn)行???了介紹???，并采???用P&???O法實???現(xiàn)光伏???MPP???T控制???，MP???PT算???法也能???夠為光???伏并網(wǎng)???質(zhì)量的???提升起???到推進(jìn)的作用。(3)對光伏???并網(wǎng)系???統(tǒng)結(jié)構(gòu)???和并網(wǎng)逆變器的控制進(jìn)行了介紹，采用兩級式拓?fù)?，運用雙閉環(huán)控制策略實現(xiàn)光伏并網(wǎng)，進(jìn)一步驗證了所采用的控制策略能夠提升并網(wǎng)質(zhì)量。本文以單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為微電網(wǎng)研究對象，對相關(guān)主要部分進(jìn)行了分析與仿真研究，還需在實驗中對其進(jìn)行驗證。在逆變器的控制中，光伏側(cè)考慮在標(biāo)況條件下，將直流側(cè)等效為電壓源，還需要綜合考慮光伏側(cè)能量供給問題。光伏部分MPPT控制本文采用了常規(guī)定步長P&O法，目前變步長算法被很多學(xué)者提出，可以采用這些控制精度更高且適應(yīng)性更好的算法。綜上所述，所采用的MPPT控制方法和采用的兩級拓?fù)淇刂撇呗阅軌蛱嵘娔苜|(zhì)量。

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