分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的研究電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)

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1、分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的研究 摘 要：隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，能源危機(jī)已成為世界各國(guó)共同面臨的課題。太陽(yáng)能是我國(guó)使用規(guī)模較大、開(kāi)發(fā)技術(shù)更成熟的可再生能源，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏模塊和光伏逆變器組成，選用光電直接轉(zhuǎn)換方法，利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。但是由于采用了電力電裝置，在光伏并網(wǎng)時(shí)對(duì)于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生較大的影響，尤其是諧波問(wèn)題。 本文的工作圍繞分布式光伏電站并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析與研究，詳細(xì)研究了分布式光伏系統(tǒng)的組成以及各部分工作的基本原理，重點(diǎn)分析了諧波的產(chǎn)生機(jī)理，并提出了無(wú)源網(wǎng)絡(luò)抑制諧波的措施。在MATLAB/SIM

2、ULINK仿真平臺(tái)中對(duì)光伏發(fā)電的原理進(jìn)行了仿真，重點(diǎn)對(duì)諧波問(wèn)題進(jìn)行仿真測(cè)試，在LLCL的諧波抑制網(wǎng)絡(luò)下，配電網(wǎng)的諧波問(wèn)題能夠得到明顯改善。 關(guān)鍵詞：分布式；光伏發(fā)電；諧波抑制；光伏并網(wǎng) I 目錄 摘 要 I Abstract I 1緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2.1國(guó)外分布式光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)內(nèi)分布式光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容 2 2分布式光伏發(fā)電系統(tǒng) 2 2.1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成 2 2.2 太陽(yáng)能光伏陣列分析 3 2.3 并網(wǎng)逆變器 5 3 分布

3、式光伏電站配電網(wǎng)仿真建模及諧波分析 7 3.1 MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái) 7 3.2屋頂光伏電站并網(wǎng)建模仿真 8 3.2.1 太陽(yáng)能光伏陣列仿真建模 8 3.2.2 Boost升壓?jiǎn)卧抡娼?9 3.2.3 光伏系統(tǒng)MPPT算法仿真建模 10 3.1.4 三相逆變器仿真建模 12 3.2配電網(wǎng)諧波特性分析 14 4分布式光伏電站配電網(wǎng)諧波抑制 19 4.1 無(wú)源濾波器概述 19 4.2 LCL諧波抑制仿真 20 4.3LLCL諧振型濾波器介紹 22 4.3.1 LLCL諧振型濾波器介紹 22 4.3.2 LLCL濾波器的引入 23 4.2.3 LL

4、CL濾波器的設(shè)計(jì) 23 5 總 結(jié) 28 致 謝 28 參考文獻(xiàn) 29 III 1緒論 1.1 研究背景及意義 自上世紀(jì)80年代以來(lái)，全球變暖逐漸引起政府的高度關(guān)注。隨著全世界范圍內(nèi)的工業(yè)化飛速發(fā)展，對(duì)于化石能源的使用已經(jīng)成為了影響氣候的主要問(wèn)題，受到各國(guó)的重視。全球變暖、臭氧層惡化、過(guò)渡開(kāi)采等問(wèn)題逐漸顯露出來(lái)，已經(jīng)到了不得不認(rèn)真對(duì)待的程度。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面上將，化石能源的消耗已經(jīng)造成了能源危機(jī)，也反過(guò)來(lái)制約著社會(huì)的發(fā)展，解決能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)的訴求使人們積極投身于對(duì)于可替代能源的發(fā)展。 自然界中存在著許多能夠替代化石能源的可再生資源，人們也開(kāi)始重視這些綠色能源的開(kāi)發(fā)。可

5、再生能源的優(yōu)勢(shì)是不會(huì)有枯竭的危險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)自然環(huán)境是綠色友好的，不會(huì)造成生態(tài)破壞。自然界中的太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能以及地?zé)?、潮汐等能源都屬于可再生的資源，對(duì)于這些可再生資源的利用便成為影響國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題。其中太陽(yáng)能便是最為重要的一種綠色能源，與其他的可再生能源相比，太陽(yáng)能的分布更廣、不受地域限制，而且很早就有利用太陽(yáng)能發(fā)熱的歷史。除了太陽(yáng)能加熱，對(duì)于太陽(yáng)能的更重要的利用就是進(jìn)行光伏太陽(yáng)能發(fā)電，也就是常說(shuō)的光伏發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏模塊和光伏逆變器組成，選用光電直接轉(zhuǎn)換方法，利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過(guò)逆變器將轉(zhuǎn)換來(lái)的直流電逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電再并網(wǎng)，以完成整個(gè)

6、發(fā)電過(guò)程[1]。 分布式光伏的形式靈活多變、因地制宜，目前常見(jiàn)的已經(jīng)投入使用中的分布式光伏有光伏路燈照明、農(nóng)業(yè)棚頂光伏、光伏充電樁等等。但在形形色色的分布式光伏系統(tǒng)中，基于家庭的屋頂、或工業(yè)廠房屋頂?shù)墓夥娬居兄锰飒?dú)厚的優(yōu)勢(shì)。屋頂光伏電站的實(shí)質(zhì)是分布式的光伏發(fā)電系統(tǒng)，基本原理與傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并無(wú)差別。只是將光伏組件設(shè)置在建筑屋頂，占用屋頂面積不需要與建筑材料相結(jié)合，相對(duì)于建筑一體化改動(dòng)成本較低，而且城市建筑屋頂閑置空間較多，可供開(kāi)發(fā)利用設(shè)置光伏系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)中對(duì)于電能質(zhì)量要求較高，電能質(zhì)量的高低也直接影響著用電設(shè)備的安全運(yùn)行與否。因此電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與治理一直是電力系統(tǒng)中的重要工作之一

7、。而光伏發(fā)電因?yàn)橛胁⒕W(wǎng)逆變器等電力電子裝置的存在，各種半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的諧波問(wèn)題。光伏發(fā)電技術(shù)，特別是并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)必須要消除諧波污染，采取有力的抑制諧波的措施，使太陽(yáng)能發(fā)電的質(zhì)量能夠滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求。對(duì)于提高太陽(yáng)能發(fā)電在發(fā)電中的比重有著十分積極的作用，對(duì)解決全人類(lèi)的能源危機(jī)問(wèn)題起到重要作用。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外分布式光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀 世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家例如美國(guó)、德國(guó)、日本等在光伏發(fā)電以及包含屋頂光伏電站建設(shè)在內(nèi)的光伏建筑方面都朝著很好的方向發(fā)展，這些國(guó)家很早就對(duì)將建筑與光伏相結(jié)合進(jìn)行技術(shù)研究，并取得了不錯(cuò)的成果。

8、 德國(guó)本土的光照資源豐富，但并不是最適合光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國(guó)家，總體來(lái)看其光照條件不及我國(guó)，但目前德國(guó)的光伏技術(shù)水平領(lǐng)先于其他國(guó)家，在光伏建筑方面，早在1991年德國(guó)就率先于建筑業(yè)展覽中，展示了首個(gè)具有光伏電池的建筑材料光伏幕墻，開(kāi)啟了建筑產(chǎn)能的先河[4]。美國(guó)對(duì)于光伏發(fā)電的研究和工程化應(yīng)用同樣起步較早、發(fā)展成熟度較高。早在2010年前后，美國(guó)的光伏發(fā)電站的裝機(jī)總量就超過(guò)了500MW，但大多屬于集中式光伏發(fā)電站。由于美國(guó)大部分地區(qū)屬于地廣人稀，因此其集中式光伏電站的推廣較為容易，所獲效益也較高。分布式的屋頂光伏發(fā)電站大規(guī)模接入公共電網(wǎng)中，為公共電網(wǎng)提供了重要支持，減少了傳統(tǒng)能源的消耗，增強(qiáng)公共電網(wǎng)

9、穩(wěn)定性多元化的同時(shí)也對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了重要的促進(jìn)作用。 1.2.2國(guó)內(nèi)分布式光伏電站的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展以及對(duì)光伏技術(shù)水平的深入研究，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)面臨著眾多機(jī)遇與挑戰(zhàn)。目前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)體制基本健全，并在發(fā)展中不斷完善；國(guó)家在政策上給予支持，從補(bǔ)貼、市場(chǎng)價(jià)格和稅收等多個(gè)方面協(xié)助光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，并逐漸發(fā)展形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)體系。我國(guó)的光伏設(shè)備制造行業(yè)具有專(zhuān)業(yè)性、智能化的生產(chǎn)流程，生產(chǎn)水平在現(xiàn)階段已處于世界領(lǐng)先地位；我國(guó)的光伏發(fā)電規(guī)模在不斷擴(kuò)大，僅 2015 年全國(guó)總裝機(jī)容量就增長(zhǎng)了 1500 多萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量位居世界首位，并逐步呈現(xiàn)多元化的發(fā)展方向，應(yīng)用市場(chǎng)開(kāi)

10、始復(fù)雜化，開(kāi)始了與多個(gè)產(chǎn)業(yè)相融合、不斷發(fā)展創(chuàng)新的新時(shí)代；加強(qiáng)了光伏發(fā)展宣傳模式，促進(jìn)民營(yíng)企業(yè)融資力度，進(jìn)而提高光伏發(fā)電在我國(guó)的普及度；光伏產(chǎn)業(yè)模式也逐漸從集中式開(kāi)始向分布式過(guò)度，在追求產(chǎn)量的同時(shí)盡量提高光伏應(yīng)用的靈活性和高效性。 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容 本文的工作圍繞分布式光伏電站對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行分析與研究，詳細(xì)研究了分布式光伏系統(tǒng)的組成以及各部分工作的基本原理，重點(diǎn)分析了諧波的產(chǎn)生機(jī)理，并提出了無(wú)源網(wǎng)絡(luò)抑制諧波的措施。在MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái)中對(duì)光伏發(fā)電的原理進(jìn)行了仿真，重點(diǎn)對(duì)諧波問(wèn)題進(jìn)行仿真測(cè)試，在LLCL的諧波抑制網(wǎng)絡(luò)下，配電網(wǎng)的諧波問(wèn)題能夠得到明顯改善。

11、2分布式光伏發(fā)電系統(tǒng) 2.1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成 與集中式光伏電站相比，分布式光伏電站布置靈活，形式多樣，能夠布置在廠房頂、居家房頂、任何空地等。一般的分布式光伏系統(tǒng)的組成與集中式的光伏電站組成類(lèi)似，包括太陽(yáng)能電池板、光伏匯流箱、并網(wǎng)逆變器等關(guān)鍵組件，完成太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能并逆變接入電網(wǎng)的過(guò)程。典型屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成示意圖如圖2-1所示： 圖2-1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)一般是由光伏電池陣列、DC/DC Boost電路、DC/AC逆變器及控制單元和交流連接裝備構(gòu)成，其輸出經(jīng)濾波后由升壓變壓器送至公共電網(wǎng)，如圖2-2所示。 圖2-2 光伏并網(wǎng)發(fā)

12、電系統(tǒng)示意圖 太陽(yáng)能電池板通過(guò)光生伏特效應(yīng)，產(chǎn)生電壓，然后經(jīng)過(guò)光伏陣列輸出一定的電壓。DC/DC Boost電路在維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定的同時(shí)，還可以完成光伏系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)追蹤（Maximum Power Point Tracking，簡(jiǎn)稱(chēng)MPPT）；逆變器控制著光伏電站的并網(wǎng)與輸出特性，是實(shí)現(xiàn)控制策略的重要載體。 2.2 太陽(yáng)能光伏陣列分析 光伏電池是光能轉(zhuǎn)換為電能的第一步，因此是最為重要的組件之一，光伏發(fā)電需要對(duì)太陽(yáng)能電池板的特性進(jìn)行深入分析和理解。并力圖找到在光照和溫度的條件下能夠輸出最大功率的方法。在對(duì)光伏電池板進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時(shí)，采用的基本模型是電壓源串聯(lián)電阻的數(shù)學(xué)模型。本文中再基

13、礎(chǔ)模型上增加了旁路的二極管和并聯(lián)電阻，使之更為接近與實(shí)際的光伏電池模型。如圖2-3所示為光伏電池板的等效電路圖，從等效電路圖中容易求得輸出負(fù)載端的電壓與光伏電源端的平衡關(guān)系為： （2-1） 式中U0為PV電池兩端的電動(dòng)勢(shì)；U為負(fù)載兩端的電壓值；I為負(fù)載從光伏電池得到的電流值。 （2-2） 式中，IPH為光生電流；I0為光伏電板在光照強(qiáng)度為零時(shí)的反向飽和電流（數(shù)量級(jí)mA）；q為電子電荷常數(shù)；U為負(fù)載端電壓；I為負(fù)載工作電流；RS為光伏電板模塊的內(nèi)阻（10-1Ω）；A為二極管常數(shù)因子；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為光伏電板工作時(shí)的溫度，為絕對(duì)溫度；Rsh為光伏電板模塊的等效并聯(lián)電阻（kΩ）。

14、 圖2-3光伏電池的等效電路 實(shí)際的光伏并網(wǎng)中單個(gè)的光伏電池板的輸出直流電壓等級(jí)較低、容量也較小，通常需要將許多太陽(yáng)能電池板進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)的組合成光伏陣列。光伏陣列的結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示，其等效的物理結(jié)構(gòu)圖如2-5所示： 圖2-4 ｛33｝光伏陣列結(jié)構(gòu) 圖2-5 光伏電池序列串聯(lián)時(shí)的物理結(jié)構(gòu) 2.3 并網(wǎng)逆變器 光伏用并網(wǎng)逆變器的類(lèi)型為三相逆變器，逆變器的電路本質(zhì)是直流到交流的變換，但是由于開(kāi)關(guān)頻率所限，逆變的頻率不可能無(wú)限制的高，因此肯定會(huì)帶來(lái)諧波的問(wèn)題，因此必須增加濾波網(wǎng)絡(luò)。如圖2-4所示為光伏并網(wǎng)所采用的三相DC/AC逆變電路，電路中的三相逆變橋式電路中共有三相橋臂

15、，每個(gè)橋臂上有兩只串聯(lián)的IGBT及其反并聯(lián)二極管組成。三相橋臂輪流導(dǎo)通，將直流電逆變成三相的交流電，再通過(guò)濾波等適當(dāng)處理，將直流電轉(zhuǎn)換成所需要的交流電并入公共電網(wǎng)中[41]。 圖2-4三相橋式電壓型逆變器 圖2-4中直流電經(jīng)過(guò)三相橋式逆變電路后被轉(zhuǎn)換成三相交流電，為了保證較高的電能質(zhì)量經(jīng)過(guò)濾波處理，得到所需要的正弦交流信號(hào)，給負(fù)載和電網(wǎng)供電。圖中的L1和L2是兩只濾波電感，C1為濾波電容，三個(gè)無(wú)源元件構(gòu)成了LCL的濾波網(wǎng)絡(luò)。起作用一方面是限制并網(wǎng)的電流，另外的作用就是實(shí)現(xiàn)直流逆變過(guò)程中各次諧波電流的濾除。 根據(jù)電感上電壓和電容上電流列出方程： （2-3） 其中U1，U2，I

16、1，I3均是三相交流矢量 （2-4） 將U1，U2，I1，I3帶入式（2-1）中可得： （2-5） （2-6） 三相逆變器在三相a、b、c在靜止坐標(biāo)系下通過(guò)上述方程能夠很直觀地表示出來(lái)。但是數(shù)學(xué)模型中的各個(gè)交流信號(hào)均是時(shí)變的，而且相互之間存在一定的耦合關(guān)系，給控制帶來(lái)難度，因此將abc坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型通過(guò)dq變換將其在d-q坐標(biāo)中表示，d-q坐標(biāo)系中是旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，能夠解決三相靜止坐標(biāo)系中的時(shí)變問(wèn)題 [42]。 dq變換公式為： （2-7） 經(jīng)過(guò)dq變換后，可以得到： （2-8） （2-9） 式（2-8）和（2-9）是三相逆變器在dq坐標(biāo)系

17、下的數(shù)學(xué)模型。 3 分布式光伏電站配電網(wǎng)仿真建模及諧波分析 3.1 MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái) 本文的控制系統(tǒng)基于MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境進(jìn)行搭建和仿真測(cè)試。MATLAB仿真軟件目前是理工類(lèi)功能最強(qiáng)、受眾最廣的仿真軟件，MATLAB在1984年最初由Math Works公司開(kāi)發(fā)出來(lái)，用作數(shù)學(xué)處理，是數(shù)學(xué)處理的三大軟件之一。但MATLAB很快便擴(kuò)展到了其他的領(lǐng)域，不僅僅局限于數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。而是在金融分析、控制工程、電力電子、虛擬現(xiàn)實(shí)、圖像處理等各方面均取得了十分優(yōu)越的性能。正是由于MATLAB強(qiáng)大的功能[12-13]，目前已經(jīng)成為高校理工類(lèi)學(xué)生必須掌握的仿真

18、軟件之一，也是科研院所和工廠企業(yè)相應(yīng)從業(yè)人員的必備工具。MATLAB軟件對(duì)于使用者十分友好，系統(tǒng)自帶大量學(xué)習(xí)例程，學(xué)習(xí)者甚至不需要任何教材，僅僅通過(guò)軟件內(nèi)置的幫助文檔和demo進(jìn)行自學(xué)。這些例程都是開(kāi)源的，使用者可以在例程的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改來(lái)滿(mǎn)足自己的功能要求。 MATLAB中最為有特色的一個(gè)工具箱是用于工業(yè)控制領(lǐng)域的SIMULINK，幾乎已經(jīng)是區(qū)分于MATLAB其他功能而單獨(dú)存在的一個(gè)分支。在工業(yè)領(lǐng)域幾乎所有的工況都能夠通過(guò)MATLAB里面相對(duì)獨(dú)立的軟件——SIMULINK進(jìn)行開(kāi)發(fā)。無(wú)論是對(duì)控制系統(tǒng)的分析，構(gòu)建傳遞函數(shù)、分析根軌跡、分析控制系統(tǒng)的時(shí)域和頻域的穩(wěn)定性等，都可以在SIMULINK

19、中進(jìn)行分析。而SIMULINK中有包含有豐富的內(nèi)容，有機(jī)械類(lèi)的分析，有電力電子，有電力系統(tǒng)，有邏輯運(yùn)算，還有與一些特定的工具箱進(jìn)行結(jié)合的仿真，如模糊控制箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制箱等。毫不夸張地說(shuō)，MATLAB/SIMULINK已經(jīng)成為控制類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)本科生、研究生及相關(guān)科研從業(yè)者的必備利器。 SIMULINK之所以能夠廣受歡迎，一方面是其豐富的工具箱、資源、模型等，同樣包括完備的“幫助”體系，幾乎每一類(lèi)模型都有對(duì)應(yīng)的例程介紹，用戶(hù)通過(guò)讀懂、看懂例程便能夠掌握模型的原理和使用方法，這在其他的仿真軟件中是很難做到的。另外一方面是其操作的簡(jiǎn)便性，在SIMULINK的環(huán)境中，構(gòu)建的模型是可視化的窗口，在菜單

20、中選擇需要的模塊，便可以通過(guò)鼠標(biāo)拖拽到模型中，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的連線將其連接起來(lái)組成需要的模型。系統(tǒng)菜單中有各種信號(hào)源，和功能強(qiáng)大的示波器，能夠通過(guò)示波器模塊方便靈活地采集觀察需要的輸出信號(hào)。在搭建系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于一些大規(guī)模的系統(tǒng)，還可以采用模塊化的搭建思路，自下而上地完成系統(tǒng)搭建，將下層模型封裝好之后保留對(duì)外的接口，便可以逐層搭建，還可以將需要設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行預(yù)留，從而方便地改變模塊的參數(shù)。這種設(shè)計(jì)思路既能夠提高設(shè)計(jì)的效率，又能夠是設(shè)計(jì)更富有層次性，結(jié)構(gòu)清晰，不容易出錯(cuò)。此外，為了能夠完成更復(fù)雜的模型，SIMULINK支持利用S函數(shù)進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，即用編程的形式設(shè)計(jì)模型，還支持與C語(yǔ)言的聯(lián)合編程等，這極

21、大地增強(qiáng)了SIMULINK的功能。 3.2屋頂光伏電站并網(wǎng)建模仿真 在一個(gè)常見(jiàn)的兩級(jí)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其主要的組件包括了光伏電池板陣列、boost升壓?jiǎn)卧?、并網(wǎng)逆變器等。而對(duì)于光伏發(fā)電則常用的是最大功率跟蹤法，本節(jié)將基于Matlab/Simulink平臺(tái)對(duì)上述各部分進(jìn)行仿真建模和實(shí)驗(yàn)。 3.2.1 太陽(yáng)能光伏陣列仿真建模 通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池板特性的研究，在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中搭建起仿真模型，來(lái)研究太陽(yáng)能電池板的伏安特性。仿真模型如圖3-1所示： 圖3-1 太陽(yáng)能電池板的仿真模型 運(yùn)行后可以觀察到其伏安特性曲線和功率特性曲線，如圖3-2所示： 圖3-3

22、 太陽(yáng)能電池板的伏安特性和功率特性曲線 通過(guò)圖3-3所示的太陽(yáng)能電池板的伏安特性可知，在最大功率范圍內(nèi)時(shí)，隨著輸出電壓的增大，電流幾乎不會(huì)下降。當(dāng)達(dá)到最大功率點(diǎn)之后，隨著電壓的升高，電流則會(huì)極具下降。功率特性曲線表現(xiàn)出相同的特性，在一定范圍內(nèi)，隨著電壓的升高，功率線性上升，達(dá)到某最大點(diǎn)時(shí)，功率則會(huì)急劇下降。兩條曲線表達(dá)出太陽(yáng)能電池板的輸出存在最大功率點(diǎn)的特性。 太陽(yáng)能光伏陣列由電池板串并聯(lián)而成，圖3-4所示，是6塊電池板串聯(lián)后的模型。 圖3-4 太陽(yáng)能光伏陣列 3.2.2 Boost升壓?jiǎn)卧抡娼? 光伏電池板的輸出的直流電壓通常較低，雖然通過(guò)串聯(lián)能夠達(dá)到較高的電壓，但為了給

23、后級(jí)的逆變網(wǎng)絡(luò)提供更高的直流電壓，通常增加一個(gè)DC-DC的升壓環(huán)節(jié)，構(gòu)成兩級(jí)式的光伏并網(wǎng)逆變器。這個(gè)升壓環(huán)節(jié)的本質(zhì)是單相的DC-DC的boost升壓?jiǎn)卧?。在Matlab/Simulink建立出典型的boost電路如圖3-5所示： 圖3-5 boost電路仿真模型 通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比能夠?qū)崿F(xiàn)升壓倍數(shù)的調(diào)整，圖3-5實(shí)現(xiàn)的是從150V到250V的升壓，電壓升高的仿真結(jié)果如圖3-6所示： 圖3-6 boost電路的電壓仿真結(jié)果 Boost電路在兩級(jí)式的光伏系統(tǒng)中承擔(dān)了升高直流電壓的任務(wù)，即太陽(yáng)能光伏陣列輸出的電壓較低時(shí)，如果直接逆變則難以達(dá)到并網(wǎng)的電壓幅值，因此增加一級(jí)boost

24、升壓電路，將電壓升高。圖3-6中boost升壓電路將直流電壓從150V提高到了250V。通過(guò)輸入電壓和輸出電壓的對(duì)比，本文設(shè)計(jì)的boost電路升壓的響應(yīng)速度很快，而且直流電壓非常平穩(wěn)，能夠滿(mǎn)足光伏逆變器的需要。 3.2.3 光伏系統(tǒng)MPPT算法仿真建模 光伏發(fā)電系統(tǒng)總體上是一種DC-AC的系統(tǒng)，其直流電的來(lái)源是太陽(yáng)能電池板的光電效應(yīng)，也稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)，即特殊的化學(xué)材料再太陽(yáng)光的照射下能夠產(chǎn)生電壓。但由于工藝、材料所限，單個(gè)太陽(yáng)能電池的電壓很低，而往往逆變的并網(wǎng)點(diǎn)電壓較高。因此需要將太陽(yáng)能電池板進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)后組成電壓較高、容量較大的光伏陣列。其工作時(shí)承擔(dān)的是直流電源的任務(wù)，但其出力受太陽(yáng)

25、輻射值、環(huán)境溫度的影響。即在不同的太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度下，和不同的溫度下其電流-電壓特性，以及功率-電壓特性都是不盡相同的。溫度對(duì)于光伏電池板的特性影響曲線如圖3-7所示，分別是溫度變化下的I-U曲線和P-U曲線。 (a) 溫度變化對(duì)I-U曲線的影響 (b) 溫度變化對(duì)P-U曲線的影響 圖3-7 溫度變化的影響 (a) 光照強(qiáng)度對(duì)I-U曲線的影響 (b) 光照強(qiáng)度對(duì)P-U曲線的影響 圖3-8 光照強(qiáng)度的影響 從圖3-7、圖3-8中可以看出，光照強(qiáng)度恒定時(shí)溫度越高，最大功率反而越小且最大功率點(diǎn)電壓變化幅度較大；溫度恒定時(shí)，光伏電池的有功輸出隨著光照強(qiáng)度

26、增大而增大。 在光照和溫度恒定的情況下，光伏電池運(yùn)行于不同電壓時(shí)的輸出功率不同，只有運(yùn)行在某一個(gè)電壓時(shí)，光伏電池的輸出功率才能最大，這一點(diǎn)稱(chēng)為最大功率點(diǎn)。在實(shí)際的運(yùn)行中，光照情況和溫度都是變化的，為了使光伏電池在任何光照或溫度下都運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，就需要最大功率跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)。 擾動(dòng)觀察法是最早應(yīng)用于光伏太陽(yáng)能電池板的最大功率跟蹤的，目前也是應(yīng)用比較廣泛的一種。其跟蹤的思想是通過(guò)不斷的地?cái)_動(dòng)電池板輸出的電壓，如果功率降低，則下次增加，如果繼續(xù)降低，則減小，通過(guò)這種方式來(lái)確定出最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓。從而實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。本文中的MPPT方法研究以擾動(dòng)觀察法進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，在Matlab/Simul

27、ink里建模如圖3-9所示，其PWM輸出至boost升壓電路，對(duì)升壓?jiǎn)卧M(jìn)行控制。 圖3-9MPPT方法仿真建模 3.1.4 三相逆變器仿真建模 第二章中所提及光伏發(fā)電站并網(wǎng)一般采用三相逆變器，逆變器的實(shí)質(zhì)是DC/AC電路。直流電的來(lái)源是太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)光照射下所產(chǎn)生的直流電，通過(guò)串并聯(lián)組成太陽(yáng)能光伏陣列后，再進(jìn)行升壓變換便能得到電壓相對(duì)較高的直流電壓。三相逆變器器的作用便是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，如果并網(wǎng)的話可以直接并網(wǎng)也可以通過(guò)變壓器并入電網(wǎng)系統(tǒng)，因此三相逆變器又稱(chēng)為并網(wǎng)逆變器。 根據(jù)前文所述光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的基本電路圖，根據(jù)電路的基本原理，可以得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下系統(tǒng)光伏發(fā)電

28、并網(wǎng)系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型如式（3-1）所示。 （3-1） 式中，R=R1+R2，L=L1+L2，L1、R1、L2、R2分別為逆變器側(cè)、電網(wǎng)側(cè)的濾波電感及其等效電阻，i為直流母線端輸出電流，ud、uq分別為逆變器輸出側(cè)電壓的d、q軸分量，ugd、ugq、id、iq分別為電網(wǎng)側(cè)電壓和并網(wǎng)電流的d、q兩軸的分量，Udc為直流側(cè)母線電壓，Sd、Sq為開(kāi)關(guān)函數(shù)。此時(shí)，不考慮濾波器中并聯(lián)電容C的作用。 建立基于PI控制的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制框圖如圖3-10所示。 圖3-10基于dq坐標(biāo)系下的雙閉環(huán)PI控制圖 雙閉環(huán)PI控制即對(duì)于電流和電壓均采用閉環(huán)控制，而且使用的是PI控制器，其控制過(guò)

29、程可以描述為： （1）電壓外環(huán)控制：從電網(wǎng)側(cè)測(cè)得三相電流ia、ib、ic，電網(wǎng)電壓ua、ub、uc，從輸入側(cè)測(cè)得直流側(cè)母線電壓Udc，由于三相并網(wǎng)電流需要一直跟蹤電網(wǎng)電壓，還需要通過(guò)3-2變換得到電網(wǎng)電壓的相角θ。電壓外環(huán)控制的關(guān)鍵是通過(guò)控制電壓輸出來(lái)達(dá)到最大功率輸出，此時(shí)需要利用MPPT的算法，跟蹤最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓，由此來(lái)控制boost電路的升壓變化，MPPT跟蹤得到的結(jié)果就是所要達(dá)到的電壓值，而實(shí)際輸出的電壓值與之作比較之后得到差值，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器來(lái)控制最大功率跟蹤要求下的電流值，將此電流值作為電流內(nèi)環(huán)的給定信號(hào)。 （2）電流內(nèi)環(huán)控制：光伏系統(tǒng)輸出有功功率由id*決定，因此通過(guò)iq

30、*來(lái)調(diào)節(jié)便可以調(diào)節(jié)光伏的輸出無(wú)功功率。這就是將電流進(jìn)行d-q變換的而原因。光伏電站沒(méi)有補(bǔ)償無(wú)功功率的任務(wù)，因此一般只最求更高的有功輸出，一般設(shè)iq*=0；之后將輸入id*、iq*與網(wǎng)側(cè)的三相電流ia、ib、ic經(jīng)過(guò)三二變換與二二變換得到的id、iq進(jìn)行比較，所得到的差值均經(jīng)過(guò)PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就是雙閉環(huán)中的電流內(nèi)環(huán)控制。 在Matlab/Simulink里建立三相逆變器的模型，如圖3-11所示： 圖3-11三相光伏逆變器仿真模型 運(yùn)行模型，觀察逆變器通過(guò)電抗并網(wǎng)電壓的波形如圖3-12所示： 圖3-12三相光伏逆變器并網(wǎng)點(diǎn)電壓波形 圖3-12所示為光伏電池板產(chǎn)生的直流電通過(guò)

31、三相逆變器并網(wǎng)的電壓波形，通過(guò)三相光伏并網(wǎng)，完成了光伏發(fā)電。圖3-11中的光伏逆變器并網(wǎng)時(shí)有通過(guò)電感接入系統(tǒng)，因此電能質(zhì)量能夠控制得不錯(cuò)。三相的電壓平衡度很好，波形也非常接近正弦波，但是要分戲其并網(wǎng)的諧波特性，主要還得觀察并網(wǎng)的電流波形。 3.2配電網(wǎng)諧波特性分析 通過(guò)前述的分析，屋頂光伏并網(wǎng)采用的是三相逆變器，并網(wǎng)時(shí)通常會(huì)采用LCL型的濾波網(wǎng)絡(luò)，其原理圖如圖3-14所示。因通過(guò)數(shù)學(xué)模型理論分析單個(gè)分布式光伏的等效電路及諧波特性，然后推廣到多個(gè)分布式光伏系統(tǒng)中，通過(guò)建立多個(gè)分布式光伏的等效電路，理論分析并仿真驗(yàn)證了多分布式光伏并聯(lián)的諧波特性。 三相光伏逆變器的逆變側(cè)是三個(gè)電阻為，電感為L(zhǎng)

32、 的電抗器，網(wǎng)側(cè)是三個(gè)電阻為，電感為的電抗器，網(wǎng)側(cè)電抗器和逆變器側(cè)電抗器之間是三個(gè)星型聯(lián)結(jié)的電容器。電抗器 L 除濾波外，還具有升壓及能量交換功能， 、 用于濾除高次諧波，滿(mǎn)足電網(wǎng)對(duì)電流諧波的要求。 圖3-14 基于LCL 濾波的三相高頻PWM 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 三相逆變器的分析可以看做是三個(gè)單相逆變并網(wǎng)的合成。取單相LCL 濾波的光伏逆變器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其拓?fù)涞碾娐穲D如3-15所示： 圖3-15LCL單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖 可得其在連續(xù)靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為： （3-2） （3-3） （3-4） 式中：——電網(wǎng)電壓、電容器電壓、整流器側(cè)控制電壓 ——電網(wǎng)側(cè)電流、電容器電

33、流、整流器側(cè)電流 推出LCL濾波的三相逆變器在三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)情況下的開(kāi)關(guān)數(shù)學(xué)模型： （3-5） （3-6） （3-7）式中：C ——整流器直流側(cè)電壓、負(fù)載電阻及支撐電容 根據(jù)KCL、KVL 得到三相靜止abc 坐標(biāo)系下各相方程： A相： （3-8） B相: （3-9） C相: （3-10） 式中： ——三相電網(wǎng)側(cè)交流電壓 ——三相濾波電容上的電壓 ——整流器交流側(cè)的三相電壓 ——三相電網(wǎng)側(cè)交流電流 ——整流器交流側(cè)的三相電流 經(jīng)過(guò)整理可得采用LCL 濾波器的狀態(tài)方程： （3-11） 可以看出，三相LCL 濾波器的狀態(tài)空間方程為9

34、 階的狀態(tài)方程，對(duì)這樣一個(gè)高階被控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果不采用一定的方法進(jìn)行降階處理的話，則很難設(shè)計(jì)控制器。因此，對(duì)此狀態(tài)方程進(jìn)行abc→αβ變換，根據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣，可得αβ坐標(biāo)系下的LCL 濾波器狀態(tài)空間方程為： （3-12） 然后可得dq坐標(biāo)系下的LCL濾波器狀態(tài)空間方程為： （3-13） 式中：——三相電網(wǎng)電壓的基波角頻率 ——三相電網(wǎng)電壓矢量的d，q軸分量 ——三相濾波電容電壓矢量的d，q軸分量 ——整流器交流側(cè)電壓矢量的d，q軸分量 ——三相電網(wǎng)電流矢量的d，q軸分量 ——整流器交流側(cè)電流矢量的d，q軸分量 通過(guò)上述分析，能夠得到，如果能夠檢測(cè)出并網(wǎng)側(cè)的電流

35、，便可以通過(guò)變換計(jì)算出控制電壓的矢量，并能夠保證網(wǎng)側(cè)電流與電壓同相位。 4分布式光伏電站配電網(wǎng)諧波抑制 分布式光伏電站接入配電網(wǎng)難以避免地產(chǎn)生大量的諧波，諧波對(duì)于公共電網(wǎng)的危害極大，嚴(yán)重影響公共配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于光伏并網(wǎng)而言，其特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)造成諧波在逆變器的入口濾波電容器或者阻抗變壓器上產(chǎn)生并聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致諧波能量的擴(kuò)散。需要對(duì)諧波進(jìn)行抑制，針對(duì)光伏并網(wǎng)，通常采用的諧波抑制方式是無(wú)源濾波器。 4.1 無(wú)源濾波器概述 無(wú)源濾波器即通過(guò)R、L、C等無(wú)源器件通過(guò)特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)中的諧波濾除。濾波器設(shè)計(jì)的目的就是消除諧波，改善電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。圖4-1所示為一

36、個(gè)帶LC濾波器的AC/DC-DC/AC電力電子變換器，其中L1C1為輸入濾波器，L2C2為中間濾波器，L3C3為輸出濾波器。 圖4-1 含LC濾波器的電力電子變換裝置 現(xiàn)在常見(jiàn)的濾波器結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)、LC與LCL這三種型號(hào)的濾波器，這三種濾波器各自的單相簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)可表示為圖4-2，每種濾波器都有著自身適用環(huán)境與優(yōu)缺點(diǎn)。 （a）L濾波器等效電路（b）LC濾波器等效電路（c）LCL濾波器等效電路 圖4-2 三種濾波器的單相簡(jiǎn)化電路 （1）L濾波器為一介濾波器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但隨著并網(wǎng)等級(jí)的不斷增加，必須要增加電感量才能滿(mǎn)足并網(wǎng)的要求，這不僅使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，還會(huì)引

37、起整體重量、成本增加等相伴隨的問(wèn)題。 （4-1） （2）LC濾波器為二階濾波器，較單L濾波器具有更加好的濾波效果，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大多用于獨(dú)立逆變的場(chǎng)合，即離網(wǎng)逆變器；若使用在并網(wǎng)中，則需要補(bǔ)償電容電流，不然將會(huì)對(duì)三相并網(wǎng)電流的功率因數(shù)產(chǎn)生不良影響。所以LC濾波器用在三相并網(wǎng)逆變器中時(shí)的濾波效果相當(dāng)于單L濾波器的濾波效果。 （4-2） （3）LCL濾波器為三階濾波器，這種類(lèi)型的濾波器在并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)中是最常用的，其

38、濾波效果比前兩者要強(qiáng)，但存在著諧波放大的風(fēng)險(xiǎn)，參數(shù)選擇及控制策略選取不合適，則會(huì)造成系統(tǒng)的振蕩。因此在進(jìn)行參數(shù)選擇時(shí)不僅要考慮消除三相并網(wǎng)電流的高次諧波含量，同時(shí)還需要避免系統(tǒng)發(fā)生諧振，從而滿(mǎn)足良好的穩(wěn)定性和可靠性。 （4-3） 由上述分析可知，L、LC與LCL濾波器的濾波效果依次增強(qiáng)，在達(dá)到相同濾波效果的情況下所用總電感量與逆變器側(cè)電感量依次減少，但是這造成了三者在低頻段的濾波特性依次減弱，但整體相差不多。LCL濾波器作為三種濾波器結(jié)構(gòu)中濾波效果最好的，雖然其存在諧振問(wèn)題，但是可以用電容串聯(lián)電阻或者濾波器電容電流前饋來(lái)補(bǔ)償。 4.2

39、 LCL諧波抑制仿真 對(duì)前文設(shè)計(jì)的單相仿真模型，建立出LCL濾波網(wǎng)絡(luò)的仿真模型，來(lái)觀察其并網(wǎng)點(diǎn)的電流，仿真模型如圖4-3所示： 圖4-3 LCL濾波的MATLAB仿真模型 運(yùn)行仿真模型，可以觀察并網(wǎng)點(diǎn)(PCC點(diǎn))的電壓電流波形如圖4-4所示： ——電壓——電流 圖4-4 LCL濾波的電壓電流波形 對(duì)其進(jìn)行傅里葉分析，其FFT分析如圖4-5所示： 圖4-5 LCL濾波下電流的FFT頻譜分析 在圖4-3所示配電網(wǎng)中，使用LCL濾波網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定之后，諧波的含量為5.72%，而且其中低次的諧波含量較多，LCL的濾波效果并不好。因此考慮對(duì)LCL濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，采用LLCL

40、濾波器。 4.3LLCL諧振型濾波器介紹 4.3.1 LLCL諧振型濾波器介紹 上述三種常見(jiàn)的濾波網(wǎng)絡(luò)，一般以LCL濾波網(wǎng)絡(luò)在并網(wǎng)逆變器中最為常見(jiàn)。雖然效果不錯(cuò)，但也僅僅是針對(duì)較低次的諧波有效，如果高次諧波存在的分量較大，則LCL濾波網(wǎng)絡(luò)的效果十分有限。而在兩級(jí)式的光伏并網(wǎng)逆變器中，IGBT的開(kāi)關(guān)頻率一般能夠達(dá)到10khz左右，因此典型的諧波次數(shù)較高。為了解決這個(gè)問(wèn)題，這里引進(jìn)諧振型濾波器用來(lái)消除消除這個(gè)問(wèn)題。 所謂諧振型濾波器是指在濾波器的串并聯(lián)支路上串并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)電感器或電容器，使其對(duì)某些特定的諧波形成串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，從而形成對(duì)特定諧波的濾除。常用的諧振型濾波器的結(jié)構(gòu)如圖

41、4-6所示，本文所選用的為圖4-6（c）所示的Ln、Cn串聯(lián)諧振電路，Ln、Cn串聯(lián)后并接在負(fù)載兩端，若基波頻率為ω，Ln、Cn對(duì)n次諧波串聯(lián)諧振，即nωLn=1/nωCn，n2ω2LnCn=1。因此對(duì)n次諧波電壓電流，Ln、Cn的合成阻抗為零，這使負(fù)載端無(wú)n次諧波電壓，或者說(shuō)流過(guò)電感L1的n次諧波電流全部流入Ln、Cn支路，負(fù)載中無(wú)n次諧波電壓、電流。由此理論上的分析可見(jiàn)，該諧振型濾波器對(duì)開(kāi)關(guān)頻率處附近確實(shí)有很好的濾波效果，從而可以整體上減小負(fù)載中諧波的含量。 （a）L2、C1并聯(lián)諧振（b）L1、C1串聯(lián)諧振，L2、C2并聯(lián)諧振 （c）Ln、Cn串聯(lián)諧振（d）L1、C1串聯(lián)諧振

42、 圖4-6諧振型濾波器 4.3.2 LLCL濾波器的引入 要消除上文中提到的開(kāi)關(guān)頻率處的諧波含量需在濾波器的并聯(lián)電容上串聯(lián)一個(gè)小電感Lf用來(lái)構(gòu)成串聯(lián)諧振，將要消除的諧波通過(guò)串聯(lián)諧振流回逆變端，故這里可以成為此種設(shè)計(jì)的濾波器為L(zhǎng)LCL型濾波器，如圖4-7所示。 圖4-7 LLCL諧振型濾波器單相簡(jiǎn)化電路 通過(guò)對(duì)圖4-7中LLCL諧振型濾波器的單相等效電路的分析，可以求出該種濾波器的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如式4-4所示。 （4-4） 相對(duì)于LCL型濾波器而言，LLCL濾波器的引入不會(huì)增加系統(tǒng)的控制難度。在Lf與C構(gòu)成的串聯(lián)諧振處幅頻與相頻特性曲線出現(xiàn)很明顯的下降，說(shuō)明該諧振型濾波器確實(shí)能大

43、幅度的消除指定頻率處的諧波。實(shí)驗(yàn)中兩種濾波器的并聯(lián)電容值相同，總電感量基本相同，因?yàn)長(zhǎng)LCL濾波器加入了一個(gè)很小的并聯(lián)電感，總值相差很小。 4.2.3 LLCL濾波器的設(shè)計(jì) LLCL型濾波器電感電容的取值訪法與LC、LCL型濾波器的設(shè)計(jì)方法類(lèi)似，都是通過(guò)限制電感電流的紋波的大小和濾波電容上無(wú)功功率的大小來(lái)設(shè)計(jì)電感電容的取值范圍，然后在經(jīng)過(guò)調(diào)試在確定最終值，這里不做詳細(xì)敘述，只說(shuō)明計(jì)算過(guò)程。不同的是濾波電容上串聯(lián)電感的取值，故設(shè)計(jì)的流程如下。 （1）一般要求逆變器側(cè)電感上的電流紋波限制在15%~40%，設(shè)逆變器側(cè)電感為L(zhǎng)1，則 （

44、4-5） 式中，ΔI1為逆變器側(cè)電感電流紋波，Iref為逆變器額定電流的峰值，這里Iref=1100A，fs為開(kāi)關(guān)頻率。 （2）濾波電容的值是通過(guò)額定情況下電容所吸收的無(wú)功功率所確定的。濾波電容上限的大小由下式確定 （4-6） 式中Prated為額定功率，Ug為逆變器側(cè)的并網(wǎng)電壓，這里Prated=500kW，Ug=750V。 （3）設(shè)與電容串聯(lián)的電感為L(zhǎng)?，因?yàn)橐_(kāi)關(guān)頻率附近的諧波含量，故L?與C應(yīng)在開(kāi)關(guān)頻率?s處振，故L?可由下式算出

45、 （4-7） 在第三章建立的單相并網(wǎng)模型中，加入LLCL后，模型如圖4-8所示： 圖4-8 LLCL濾波的MATLAB仿真模型 這里經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以求得L1=10mH，L2=100H，C=1F，L?=5.45H，利用建立的MATLAB仿真模型將LLCL濾波器代替LCL濾波器加入三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，可以得到三相電流的諧波含有量，為了驗(yàn)證LLCL濾波器對(duì)指定頻率附近諧波能有很好的消除效果，運(yùn)行的并網(wǎng)電壓電流波形如圖4-9所示： ——電壓——電流 圖4-9 LLCL濾波的電壓電流波形 進(jìn)行FFT分析，得到的結(jié)果如

46、圖4-10所示： 圖4-10 LLCL濾波下電流的FFT頻譜分析(2) 所示A相電流頻譜分析，LLCL濾波器下THD總含量是1.98%，確實(shí)能夠大大消除了開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波含有量，從而證明了LLCL濾波器的實(shí)用性與優(yōu)越性。 對(duì)于LLCL濾波器而言其計(jì)算參數(shù)只是一個(gè)參考，根據(jù)具體的系統(tǒng)還可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，此處調(diào)整的規(guī)律是增大C和Lf的值，調(diào)整為L(zhǎng)1=10mH，L2=100H，C=10F，L?=10H，運(yùn)行的并網(wǎng)電壓電流波形如圖4-11所示： ——電壓——電流 圖4-11 LLCL濾波的電壓電流波形(2) 進(jìn)行FFT分析，得到的結(jié)果如圖4-12所示： 圖

47、4-12 LLCL濾波器并網(wǎng)A相諧波頻譜 通過(guò)調(diào)整LLCL的參數(shù)THD含量由1.98%降至1.92%，說(shuō)明通過(guò)調(diào)整參數(shù)能夠起到改善諧波含量的效果，對(duì)于具體的系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)出相應(yīng)的無(wú)源濾波器以取得良好的諧波抑制效果，從而改善配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。 繼續(xù)調(diào)高Lf的感值和C的容值，將參數(shù)調(diào)整為：L1=10mH，L2=100H，C=15F，L?=15H。運(yùn)行的并網(wǎng)電壓電流波形如圖4-13所示： ——電壓——電流 電壓/V 時(shí)間（seconds） 圖4-13 LLCL濾波的電壓電流波形(3) 進(jìn)行FFT分析，得到的結(jié)果如圖4-14所示： 圖4-14 LLCL

48、濾波器并網(wǎng)A相諧波頻譜(3) 通過(guò)對(duì)LLCL濾波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)整之后，對(duì)其諧波含量FFT分析，能夠得出LLCL濾波效果比LCL要更好一些。在LLCL濾波網(wǎng)絡(luò)中，加大電容C的參數(shù)和與電容串聯(lián)的電抗的電感值，也會(huì)對(duì)濾波效果起到一定積極作用。因此在設(shè)計(jì)濾波網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候可以以此為原則，進(jìn)行濾波參數(shù)的調(diào)整。但是容值越大、感值越大意味著電氣元件的成本就會(huì)更高，故針對(duì)分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)其濾波網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行濾波網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整，既要使并網(wǎng)點(diǎn)的諧波含量滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又應(yīng)該盡量降低濾波器的成本投入。 5 總 結(jié) 本文的工作圍繞光伏電站接入電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，主要從光伏電站并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量

49、影響入手，重點(diǎn)分析了諧波的產(chǎn)生機(jī)理，并提出了無(wú)源網(wǎng)絡(luò)抑制諧波的措施。主要的工作總結(jié)如下： （1） 對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容包括光伏電站的組成和光伏配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)模型。研究了光伏電站的組成的基本結(jié)構(gòu)以及重要的組成部分的數(shù)學(xué)模型。對(duì)光伏太陽(yáng)能電池板的等效數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，對(duì)并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要闡釋?zhuān)€對(duì)光伏系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方法進(jìn)行了深入探討。對(duì)配電網(wǎng)部分，主要介紹了分布式電源的節(jié)點(diǎn)模型，并對(duì)光伏電站的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)研究。 （2）基于Matlab/Simulink仿真軟件構(gòu)建了單個(gè)太陽(yáng)能電池板、光伏陣列的仿真模型，分析了

50、其伏安特性和功率特性。根據(jù)太陽(yáng)能電池板的功率特性分析，在不同溫度和光照下采用擾動(dòng)觀察法的MPPT最大功率跟蹤策略，在仿真軟件中進(jìn)行了仿真分析。光伏電池板的直流電壓較低，為了得到更高的直流電壓，兩級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)往往在直流側(cè)增加一個(gè)DC-DC的boost升壓電路，之后再接三相逆變器，本節(jié)中對(duì)升壓電路和三相逆變器進(jìn)行了仿真模擬，觀察了并網(wǎng)的三相電壓的波形。三相逆變器的交流側(cè)通過(guò)LCL網(wǎng)絡(luò)接入配電網(wǎng)，在仿真軟件中構(gòu)建了三相的并網(wǎng)模型和單相的并網(wǎng)模型，三相模型其實(shí)可以通過(guò)單相進(jìn)行合成分析，在仿真模型中觀察了單相電壓和電流的波形，并利用Matlab/Simulink中自帶的powergui模塊能夠很便捷

51、地進(jìn)行FFT分析，在選定的LCL網(wǎng)絡(luò)以及IGBT的開(kāi)關(guān)頻率下，能夠分析出并網(wǎng)的諧波電流THD含量。 （3）通過(guò)仿真對(duì)不同的濾波措施的效果進(jìn)行了比較。無(wú)源濾波就是在并網(wǎng)時(shí)通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行諧波抑制，濾波網(wǎng)絡(luò)的形式有LC濾波、LCL濾波、LLCL等不同形式，本章對(duì)無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、原理進(jìn)行了詳細(xì)研究，特別是對(duì)于LLCL濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)計(jì)算等進(jìn)行了詳盡分析，并基于MATLAB仿真環(huán)境對(duì)不同參數(shù)下的濾波效果進(jìn)行了FFT頻譜分析。 致 謝 光陰似箭，白駒過(guò)隙，大學(xué)生涯轉(zhuǎn)瞬即逝，回首這期間的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，至今都?xì)v歷在目，許許多多的人在這期間給了我很多幫助，給予了我極大的關(guān)懷，在此我需要對(duì)他們表示衷心的感謝

52、。 首先，我要感謝我的各科授業(yè)恩師，在幾年的大學(xué)生活里，各位老師都給予了我很多幫助、關(guān)心、指導(dǎo)和支持。不論在學(xué)習(xí)、生活還是做人方面都給予了我很多的幫助。也教會(huì)了我很多做人做事的道理，使我受益匪淺，在這里向全院的各位幫助過(guò)我的老師表示感謝和敬意。 此外，我要感謝我的同學(xué)們，我們共同生活、共同學(xué)習(xí)，在以后我們可能步入社會(huì)各奔東西，我衷心希望你們都能一切順利。感謝你們對(duì)我的幫助和關(guān)懷，歲月山高水長(zhǎng)，友誼天長(zhǎng)地久！還要特別感謝我的室友們，感謝你們?cè)诖髮W(xué)生活里給我的關(guān)心、幫助和鼓勵(lì)，感謝你們的包容，感謝你們帶給我快樂(lè)和感動(dòng)。 在此我還要感謝我的父母和家人，他們始終是我最堅(jiān)強(qiáng)的后盾，在任何時(shí)候都給予

53、我最大的支持和關(guān)愛(ài)，感謝他們一如既往的寬容、理解和支持。 最后，向百忙之中審閱此文的專(zhuān)家教授致以崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝！文章中存在的不妥之處請(qǐng)各位評(píng)審專(zhuān)家和老師批評(píng)指正，謝謝！ 參考文獻(xiàn)： [1]房麗碩，呂建，霍雨霞.屋頂分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特性研究[J].天津城建大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，25(04):284-289. [2]王建秋. 屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)造與電能質(zhì)量分析[D].云南師范大學(xué)，2014. [3]江林.屋頂并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電技術(shù)方案應(yīng)用探討[J].電工技術(shù)，2018(11):139-141. [4]韓月，徐志偉.屋頂光伏發(fā)電與儲(chǔ)能的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，20

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58、on the power quality of distribution network by grid-connected distributed photovoltaic Abstract:With the rapid development of the world economy and the continuous growth of the population, the energy crisis has become a common problem all over the world. Solar energy is a renewable energy wit

59、h a larger scale and more mature development technology in China. The photovoltaic power generation system is mainly composed of photovoltaic modules and photovoltaic inverters. The direct photovoltaic conversion method is adopted to convert solar energy into electric energy by using the photovoltai

60、c effect of semiconductors. The form of distributed photovoltaic is flexible and adaptable to local conditions. Currently, the common distributed photovoltaic that has been put into use include photovoltaic street lighting, photovoltaic on the roof of agricultural shed, photovoltaic charging pile an

61、d so on. However, due to the adoption of power equipment, the power quality of the distribution network will be greatly affected when the photovoltaic grid is connected, especially the harmonic problem. The work of this paper focuses on the analysis and research of the influence of distributed phot

62、ovoltaic power station grid-connection on the power quality of distribution network, the composition of distributed photovoltaic system and the basic 31 principle of each part are studied in detail, the generation mechanism of harmonics is analyzed emphatically, and the measures to suppress har

63、monics in passive network are put forward. The principle of photovoltaic power generation was simulated in MATLAB/SIMULINK simulation platform, with emphasis on the simulation test of harmonic problem. Under the LLCL harmonic suppression network, the harmonic problem of distribution network can be significantly improved. Keywords: distributed; Photovoltaic power generation; Harmonic suppression; Photovoltaic (pv) grid 32