基于有限控制模型预测控制的光伏系统低电压穿越研究分析

摘要

化石燃料面临枯竭，发展可再生能源已成必然趋势，近年来光伏发电技术已趋成熟，光伏发电总容量在大系统中的占比逐年攀升，传统的方法是当电网故障发生时直接切除光伏发电系统，由于光伏容量占比增加，直接切除光伏发电系统会严重导致电网停电甚至崩溃，因此并网逆变器应设置低电压穿越技术，在一定范围内的电压跌落和时间间隔限制并网电流，提供电压支撑，保证光伏发电站能够不脱网连续运行，维持电网系统运行稳定。　　本文介绍了换流器在正常条件和故障情况下的运行情况以及两级光伏系统的控制，分析了两级光伏系统的各级工作原理，探讨了两级变换器在电压骤降及气候变化条件下的工作特性。提出了一种基于模型的预测控制(MPC)策略，对两级三相并网光伏系统采用有限控制模型预测控制(FCS-MPC)策略，根据电网电压和电流来预测光伏系统的发电量，通过选择有功和无功功率参考值以满足电网对功率的需求，避免系统因过电流而跳闸，给出了不同的状态空间方程表示法，并研究了控制算法的实现，提高了功率变换器在电压骤降过程中的速度响应，FCS-MPC不需要任何调制技术，可以直接将输出指令应用于功率电子设备，MPC简化算法不影响变换器性能和抗扰能力，减少了系统计算负担。利用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真实验，当电网发生对称故障和不对称故障时，仿真研究控制策略对光伏系统电压骤降时的快速响应能力。为了验证所提出控制策略的有效性和可行性，对该控制系统进行了实验研究，实验结果表明了控制系统的响应迅速，实现了低电压穿越。　　有限控制模型预测控制(FCS-MPC )策略可实现不同故障的低电压穿越，FCS-MPC在不同的并网电压骤降条件下提供了出色的控制性能，并满足电网运行要求，提高了电网的电能质量，对电力系统的稳定性具有重要的理论与实际意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 使用基于模型预测控制的动机

1.4 研究内容

第2章 光伏系统与控制

2.1 太阳能电池的PV特性

2.2 MPP跟踪和直流阶段考虑

2.3 电网侧转换器

2.3.1故障检测与电网同步

2.3.2逆变器控制方法

2.3.3功率转换器的有限控制集

2.3.4输送到电网的最大功率

2.4 本章小结

第3章 用于三相光伏系统LVRT的FCS-MPC

3.1 发电机侧变流器

3.1.1成本函数定义

3.1.2控制算法

3.1.3 Ppv跟踪模式仿真结果

3.1.4 P pv* 计算与仿真结果

3.2 电网侧转换器

3.2.1 SRF上的逆变器建模

3.2.2成本函数定义

3.2.3电流跟踪控制算法与仿真

3.3 PV系统

3.3.1对称故障的控制结构

3.3.2不平衡故障下的控制结构和最小化函数

3.3.3仿真结果

3.4 本章小结

第4章 三相光伏系统LVRT的FCS-MPC实验论证

4.1 硬件组成

4.2 实验结果

4.2.1测试A：光伏功率跟踪

4.2.2测试B：MPPT

4.2.3测试C：电网侧变流器响应

4.2.4测试D：LVRT对称电压骤降

4.2.5测试E：不平衡电压骤降的LVRT

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参加的科研工作