光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真與小干擾穩(wěn)定性分析.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源的逐步耗盡和環(huán)境污染的日益嚴重，太陽能以其儲量豐富、能源清潔的特點受到越來越多的關(guān)注。作為太陽能發(fā)電的一種主要形式，光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為國內(nèi)外學者的一個重要研究方向。本文以三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為研究對象，分析了光伏陣列的發(fā)電原理和電氣特性并對其數(shù)學模型進行了仿真，同時針對其輸出特性，研究了最大功率跟蹤方法和光伏并網(wǎng)的控制策略，最后討論了光伏系統(tǒng)并網(wǎng)對整個系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性影響，為工程應(yīng)用提供了參考。主要研究內(nèi)容如下：
　　

2、 (1)研究了光伏陣列的發(fā)電原理和電氣特性；運用MATLAB軟件對光伏陣列進行了仿真；分析了光照強度和溫度變化對光伏陣列伏安特性和輸出特性的影響，并分別探討了光伏陣列最大功率點處的電壓和開路電壓的比值 與光照強度、溫度的關(guān)系，得到這樣的結(jié)論：受溫度影響不大，當光照強度發(fā)生變化時，會在一個小范圍內(nèi)發(fā)生改變，光照強度越強，越大。
　　 (2)光照強度和溫度的變化會影響光伏陣列的功率輸出。為了使光伏陣列輸出功率始終最大，本文分析了恒定

3、電壓法、擾動觀測法和增量導納法這三種典型的最大功率跟蹤方法的工作原理,并在光伏陣列仿真模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB實現(xiàn)了恒定電壓法和擾動觀測法對光伏陣列最大功率的跟蹤，并結(jié)合仿真結(jié)果對這兩種方法進行了比較和分析。如果參考電壓選取的比較得當，在光照強度和溫度變化的情況下，恒定電壓法總可以使光伏陣列的輸出電壓維持在最大功率點附近。如果跟蹤步長選取的比較小，擾動觀測法的跟蹤精度也比較理想，但迭代次數(shù)較多。為了在保證光伏陣列的輸出精度同時使得

4、系統(tǒng)較快地實現(xiàn)跟蹤目標，可以將這兩種方法結(jié)合起來，采用恒定電壓法為擾動跟蹤法提供初值，同時減小擾動觀測法的跟蹤步長到理想的數(shù)量級。
　　 (3)推導出一個典型的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型，包括：光伏系統(tǒng)模型、配電網(wǎng)系統(tǒng)模型和阻感負荷、整流負荷兩種負荷的模型。為了便于分析和控制，運用派克變換將參考坐標系變換到與abc坐標系同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標系上，并提出了相應(yīng)的鎖相環(huán)和電壓、電流控制策略。仿真證明：鎖相環(huán)能及時地追蹤到電網(wǎng)的相角變化，使d

5、q坐標系與abc坐標系基本保持同步。電流控制器能迅速地檢測到參考值的變化，并及時地做出有效調(diào)整。電壓控制環(huán)節(jié)的輸出略有波動，但很快能趨于穩(wěn)定。這三種控制策略基本上都能滿足控制要求。
　　 (4)對整個系統(tǒng)的線性化狀態(tài)矩陣進行了特征值分析。分析結(jié)果證明，在上述的控制作用下，含阻感負荷和整流負荷的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的特征值均具有負實部，系統(tǒng)是小干擾穩(wěn)定的。雖有一振蕩模態(tài)的振蕩頻率屬低頻振蕩范圍，但是考慮到其阻尼比較大，該振蕩模態(tài)依然具有較

6、好的阻尼特性。
　　 (5)為了確定狀態(tài)變量和模態(tài)之間的關(guān)系，本文還分析了系統(tǒng)的參與矩陣。分析發(fā)現(xiàn)，含阻感負荷和整流負荷的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)雖模態(tài)受狀態(tài)變量的影響程度不同，但具有類似的特性：光伏系統(tǒng)和配電網(wǎng)系統(tǒng)、負荷系統(tǒng)的模態(tài)主要與其各自的控制方法和參數(shù)設(shè)置有關(guān)，彼此間影響不大。雖有一個配電網(wǎng)狀態(tài)變量對光伏系統(tǒng)的衰減模態(tài)有較大影響，但考慮到這個模態(tài)的實部距虛軸很遠，也不會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
　　 (6)分析了負荷距光伏系統(tǒng)的標