光伏发电系统电能质量的控制

目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 太阳能光伏发电技术简介 1
1.1.1 太阳能光伏发电 1
1.1.2 太阳能光伏发电系统的现状与发展前景 1
1.2 谐波的产生和治理 2
1.2.1 谐波产生的原因及其危害 2
1.2.2 谐波治理的措施 3
1.2.3 APF有源滤波器的起源与发展现状 5
1.3 本论文的主要研究工作 5
第二章 太阳能光伏发电系统 6
2.1 太阳能光伏发电系统 6
2.2 太阳能光伏电池的分类 8
2.2.1 单晶硅太阳能光伏电池 8
2.2.2 多晶硅太阳能光伏电池 8
2.2.3 非晶硅太阳能光伏电池 8
2.3 太阳能光伏电池的发电原理与模型 8
2.3.1 太阳能光伏电池的发电原理 9
2.3.2 光伏阵列的模型与工作特性 9
2.4 太阳能光伏电池的建模与仿真 11
第三章 有源电力滤波器的原理及其基本结构 12
3.1 有源电力滤波器的分类 12
3.1.1 按照接入电网的方式分类 12
3.1.2 按照主电路储能元件分类 13
3.1.3 按照供电系统分类 14
3.2 单相有源滤波器的工作原理 14
3.3 有源电力滤波器的谐波检测方法 15
3.3.1 基于瞬时无功功率理论的检测法 15
3.3.2 带通或带阻滞模拟滤波器的检测法 16
3.3.3 快速傅里叶变换法 16
3.4 谐波电流的控制方法 17
3.4.1 三角载波控制法 17
3.4.2 滞环比较控制法 17
3.4.3 无差拍控制法 18
3.5 直流侧电压控制 18
第四章 光伏发电与APF统一控制系统的仿真 19
4.1 APF参数的设置 19
4.1.1 直流侧电容电
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压参数的设置 19
4.1.2 直流侧电容大小的设置 20
4.1.3 交流侧滤波电感参数的设置 20
4.2光伏电池输出电能的逆变 21
4.3 APF模块模型的搭建与仿真 22
4.3.1 谐波电流的检测 22
4.3.2 直流侧电容电压的控制 24
4.4 仿真结果与分析 25
第五章 工作总结与展望 27
5.1 本文工作总结 27
5.2 工作展望 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
能源对于人类来说好比人体的血液，没有能源人类的正常生活将会无法进行，人类的生存和发展都离不开能源，同时能源也是人类文化活动以以及经济发展的主要动力来源，它与人类的生存息息相关。然而随着石油、煤炭、树木等自然资源的大规模开采，地球上的化石能源即将消耗殆尽，并且对我们环境造成了较为严重污染，因此我们必须寻找出一种无污染并且可再生的清洁型能源来代替传统的化石能源。太阳能是一种无穷无尽的清洁型能源，是最为理想的能源中的一种。因此这种发电方法是解决能源问题的主要方式之一。
另一方面，随着经济不断发展的脚步，居民的生活水平逐渐提高，需求的电能质量也在逐渐提高，各种仪器设备和非线性负载的大量使用使得电网中存在越来越多的谐波，电网所提供的电能质量也在逐步下降，如何减少或消除谐波已成为电力行业需要尽快解决的大问题。所以，研究实现光伏发电系统电能质量的控制，并且提高电能的质量意义十分重大。
1.1太阳能光伏发电技术简介
1.1.1太阳能光伏发电
太阳能辐射在地球上的每一个角落，我们的日常生活离不开光照，随着社会发展的脚步，化石能源即将枯竭，因此光伏发电将会是我们能量的主要来源。太阳能发电技术是将太阳能转换为能源并加以利用的一种方式，光伏发电指太阳辐射的光能经过太阳能电池板的转变为电能，经过能量的存储、变换和控制等诸多环节，来对负载提供电能或电能的过程。和传统的能源相比而言，此技术具有以下优势：
真正的清洁型能源，无污染排放，无噪声，无公害；
太阳能具备广泛的特性，随处可得，没有地理位置的限制；
光伏电池不需机械性转动，运行可靠，故障发生率较低
维护简单，应用场合较为广泛，并且不需要输电线路，方便与建筑物相结合；
既可独自与电网工作，又可与电网共同运行。
1.1.2 太阳能光伏发电系统的现状与发展前景
太阳能发电产业自从上世纪八十年代以来有了持续性的发展，在高新技术产业中是增长最快的行业之一，其速率以每年30%~40%增长。世界各国都给与了阳能光伏发电技术的高度重视，例如，一些国家先后提出太阳能屋顶计划，这是对光伏发电产业的强有力支持，预计在今后的数十年中光伏发电将会以20%的增长率迅速增长。
我国对光伏发电的研究是从上世纪五十年代年开始的，空间光伏发电电源在七十年代初制造成功，通过数十年的努力和研究，我国在光伏发电技术上取得了突飞猛进的进展，太阳能利用率逐渐提高，光伏系统的用量在未来几年将有大幅度的增长，预计到2020年之前我国的太阳能光伏发电技术将要达到是介先进行列之中。
1.2 谐波的产生与治理
1.2.1 谐波产生的原因及其危害
在国际上公认的谐波被定义为；“谐波是一个周期性的非正弦波，其频率是基波频率的整数倍，又被称之为高次谐波。”
在电力系统中，谐波可以被分之为两类：谐波电压与谐波电流。没有被谐波所污染的理想电压可以表示为：u(t)=
Usin(ωt+θ)，是一个标准的正弦波形，不存在任何的畸变。
由于电力系统中各种非线性的负载和设备的广泛使用，是电网中产生谐波的根本原因，非线性负载和设备两端的电压与流过它的的电流的关系并不是线性的，从而造成了畸变。发电设备和用电设备的大量使用是电网中谐波产生的主要来源，例如变压器、发电机、铁磁谐振设备、起重机、电梯等，都会产生高次谐波。谐波给人类使用的电能带来了很严重的问题，带来了很多的不便，严重的甚至影响到了我们的正常生活。

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