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并网功率平滑型三端口光储并网逆变器的控制方法研究

并网功率平滑型三端口光储并网逆变器的控制方法研究

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作者：刘阳西安理工大学

学位级别：硕士

光伏发电作为清洁能源的主要形式,其特有的随机性和波动性会影响电力系统的电能质量和稳定运行,制约着光伏渗透率的提升。合理配置储能是解决光伏功率波动的有效手段,而三端口光储逆变器可以同时连接户用光伏装置和储能装置,集光伏并网... 详细信息

光伏发电作为清洁能源的主要形式,其特有的随机性和波动性会影响电力系统的电能质量和稳定运行,制约着光伏渗透率的提升。合理配置储能是解决光伏功率波动的有效手段,而三端口光储逆变器可以同时连接户用光伏装置和储能装置,集光伏并网发电和储能充放电于一身,具有集成度高、成本低、开关器件少等优点。本文主要研究三端口光储并网逆变器的控制策略,在实现最大功率发电并网的同时抑制并网功率的波动,降低光伏功率波动对配网电能质量和电能损耗的影响。分析了三端口光储并网逆变器的工作原理和电功率在三个端口之间的流动规律,将三端口光储并网逆变器等效为两个独立的光网DC-AC功率回路和光储DC-DC功率回路,实现了光伏发电并网与功率波动平滑两大功能的解耦控制。通过控制DC-AC功率回路实现了光伏MPPT并网发电,控制DC-DC功率回路实现了基于储能充放电的光伏输出功率平滑,应用叠加原理将两个功率回路的控制输出信号进行合成并调制,从而实现了三端口光储并网逆变器的集成控制。从桥臂中点电压对各功率回路的作用效果出发,在理论上证明了三端口光储并网逆变器的解耦控制与合成调制策略的合理性和可行性,为三端口光储并网逆变器的端口解耦控制提供了理论依据。针对三端口光储并网逆变器的光储DC-DC功率回路需要功率交换的特点,指出在光伏电池的输入端口必须并联一个较大的直流支撑电容器,并给出了电容器参数的选择方法。针对三端口并网逆变器在三相储能升压电感回路存在无功功率的特点,指出升压电感的设计需要适当增大以限制无功电流,并给出了升压电感参数的选择方法。考虑到三端口光储并网逆变器中较大的储能升压电感对功率平滑响应速度的不利影响,提出了一种基于功率前馈的光伏功率平滑控制策略,通过在DC-DC控制回路引入功率前馈控制策略,将储能电池的充放电功率直接前馈到电流环输入,使功率环控制器仅调节充放电功率的偏差部分,从而提高了系统的响应速度和功率平滑效果。建立了三端口光储并网逆变器的数学模型,优化设计了主电路参数、控制系统结构及调节器参数,在此基础上开展了多种不同运行工况下的仿真实验,仿真结果验证了三端口光储并网逆变器的解耦分析方法、参数设计方法和并网功率平滑方法的正确性和有效性。搭建了基于RT-Box的半实物实验平台,在同等实验条件下对本文所提控制策略进行了实验验证。结果表明,采用基于功率前馈的光伏功率平滑控制策略可以有效降低光伏并网功率的波动率,在光照强度分别跌落350W/m2和700W/m2时,采用功率前馈后并网功率波动率分别降低了1.9%和3.8%。

关键词：三端口变流器光储并网逆变器合成电压调制功率平滑

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