光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的非線性現(xiàn)象分析.pdf

1、隨著我國可持續(xù)發(fā)展對清潔能源需求的不斷增加，光伏發(fā)電規(guī)模不斷擴大，并網(wǎng)容量越來越大，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性行為對穩(wěn)定性的影響日益突出，嚴重影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展。因此，對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的非線性行為進行深入研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文針對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，深入研究光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)非線性行為的運行機理。運用非線性動力學(xué)的相關(guān)理論對系統(tǒng)進行建模，提出相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)，建立基于狀態(tài)空間的平均模型。基于MA

2、TLAB／SI-MULINK模型庫，建立光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的時域模型。通過平均模型和時域模型的對比，發(fā)現(xiàn)研究系統(tǒng)非線性行為的有效方式，提出提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)本文通過分析光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合電力電子變換器和非線性動力學(xué)的理論知識，分析阻礙光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。
　　 根據(jù)直流電力電子變換器非線性行為的研究成果，指導(dǎo)三相交流系統(tǒng)的非線性行為研究，有效地改善光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的

3、運行條件，有助于設(shè)計更加合理的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
　　 (2)根據(jù)三相DC-AC變換器主電路拓撲結(jié)構(gòu)，建立三相DC-AC變換器主電路的開關(guān)模型。對開關(guān)模型進行狀態(tài)空間平均，得到基于狀態(tài)空間的平均模型。同時實現(xiàn)對系統(tǒng)性能的頻域分析，更直觀地看出參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，可以定量得出系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，進而確定系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定范圍，為系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　 (3)利用MATLAB／SIMULINK模型庫，建立光伏并網(wǎng)發(fā)電系

4、統(tǒng)的時域模型。由時域模型分析結(jié)果可以看出，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的直流側(cè)電容電壓能夠快速跟蹤光伏陣列所能提供最大功率點電壓，并網(wǎng)電流的頻率和相位均能與電網(wǎng)參數(shù)一致，實現(xiàn)順利并嘲。同時，控制系統(tǒng)中采用單位功率因數(shù)控制，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)輸送功率，提高了系統(tǒng)的利用效率，穩(wěn)態(tài)運行時系統(tǒng)的并網(wǎng)波形質(zhì)量良好，抗干擾能力較強。
　　 通過仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果比較，驗證了數(shù)學(xué)建模和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的正確性和合理性。從時域模

5、型分析結(jié)果和平均模型結(jié)果的對比可以看出，平均模型比較容易預(yù)測系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，可以從宏觀上把握系統(tǒng)的運行特性，而時域模型則可以詳細觀察系統(tǒng)運行過程中物理量的變化過程，便于對系統(tǒng)的運行特性做細致的研究。不同的分析手段各有優(yōu)缺點，分析的結(jié)果也會略有不同，工程實際中要具體情況具體分析，合理選擇合適的分析手段。
　　 (4)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性行為大部分來自于電力電子變換器.
　　 DC—AC逆變器在控制系統(tǒng)的

6、作用下有規(guī)律地切換，因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一類強非線性電路，它具有電力電子系統(tǒng)所特有的非線性現(xiàn)象。分析和仿真表明，當(dāng)系統(tǒng)控制參數(shù)變化時，系統(tǒng)會發(fā)生分岔現(xiàn)象，這將使系統(tǒng)的運行特性變差，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。
　　 因此在系統(tǒng)設(shè)計過程中，要充分考慮系統(tǒng)發(fā)生分岔行為的可能性，通過合理整合參數(shù)，使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度，防止分岔行為的發(fā)生。
　　 (5)針對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，區(qū)分如下：直流部分、DC-AC變換器和負荷

7、部分。這三部分相互作為輸出和輸入的級聯(lián)關(guān)系，相互之間的影響直接關(guān)系系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本文中，DC—AC變換器采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。電流內(nèi)環(huán)時間常數(shù)較小，能快速跟蹤系統(tǒng)的變化。相對而言，電壓外環(huán)的時間常數(shù)較大，因此可以認為在電壓外環(huán)的時間常數(shù)內(nèi)，電流內(nèi)環(huán)的輸出等于其參考輸入。由于這一特性的存在，大大減小了直流側(cè)和負荷側(cè)的相互影響。通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)負荷變化時，直流電容電壓基本沒有變化。
　　 本文結(jié)合光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實際情況，