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摘 要

目前太阳能光伏发电领域迅猛发展，并网型光伏电站已经成为今后发展的主流，光伏电站接入电网的容量也越来越大。本文重点研究了光伏并网系统的暂态特性和故障机理，推导三相短路时的全电流表达式，并分析其成分，最后通过Matlab/Simulink建立的三相并网光伏模型验证所推导的全电流表达式。

对光伏电站暂态特性的研究是在对光伏并网系统建模的基础上进行的，首先在Matlab/Simulink中搭建了光伏并网系统的仿真模型，详细介绍了搭建模型中各个参数的设置过程，通过采用改进电导增量法实现了最大功率点跟踪的控制。在建模的基础上，在系统发生三相接地故障时，通过改变故障电阻的大小，得出不同的故障电压和电流的波形，从而分析出系统的暂态特性和验证推导出的全电流表达式。

关键词：光伏并网；Simulink仿真；暂态特性；短路电流

Research on fault mechanism and transient model of photovoltaic grid connected system

Abstract

At present, the field of solar photovoltaic power generation is developing rapidly, grid connected photovoltaic power station has become the mainstream of future development, and the capacity of photovoltaic power station connected to the grid is also increasing. This paper focuses on the transient characteristics and fault mechanism of photovoltaic grid connected system, deduces the full current expression of three-phase short circuit, and analyzes its components. Finally, the full current expression is verified by the three-phase grid connected photovoltaic model established by Matlab / Simulink.

The research on the transient characteristics of photovoltaic power station is based on the modeling of photovoltaic grid connected system. Firstly, the simulation model of photovoltaic grid connected system is built in Matlab / Simulink, and the setting process of each parameter in the model is introduced in detail. The maximum power point tracking control is realized by using the improved incremental conductance method. On the basis of modeling, when three-phase grounding fault occurs in the system, different fault voltage and current waveforms are obtained by changing the size of fault resistance, so as to analyze the transient characteristics of the system and verify the derived full current expression.

Keywords: photovoltaic grid connected; Simulink simulation; Transient characteristics; short-circuit current

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题的目的及意义 1

1.2光伏并网发电系统简介 1

1.3 国内外研究及发展现状 2

1.3.1 光伏产业发展现状 2

1.3.2光伏发电系统故障机理 2

1.3.3光伏发电系统暂态特性 2

1.3.4 光伏发电低压穿越发展现状 2

1.3.5 光伏发电系统短路计算研究现状 3

1.4 本课题的工作安排 3

第二章 光伏系统运行原理分析 4

2.1光伏电池 4

2.1.1光伏电池简介 4

2.1.2 光伏电池特性与电路模型 4

2.1.3光伏电池模块与光伏阵列 6

2.2 MPPT原理分析 6

2.2.1 MPPT理论依据 6

2.2.2 MPPT的常见算法 7

2.2.3 MPPT的实现 8

2.3 SVPWM原理分析 10

2.4 本章小结 10

第三章 光伏系统并网电路设计 11

3.1 整体电路模型 11

3.2 LCL滤波参数设计要求 11

3.2.1逆变侧滤波电感的设计要求 11

3.2.2并网侧滤波电感的设计要求 11

3.2.3滤波电容C的设计要求 12

3.2.4谐振频率限制因素 12

3.3 本章小结 12

第四章 光伏系统并网三相短路故障分析 13

4.1 光伏发电并网系统三相短路电流表达式及暂态等值电路 13

4.2 整体仿真模型 16

4.2 PVarray模块选择 16

4.3 光伏发电实测三相短路电流波形分析 17

4.4本章小结 21

第五章 结束语 22

谢辞 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 选题的目的及意义

人类的生存和发展离不开能源，它是社会发展和进步不可或缺的物质基础我国作为发展中的人口大国，随着改革开发后国家经济和人民生活水平的提高，能源消耗大大增加，本就资源匮乏的问题变得更加严峻。虽然资源匮乏可以通过进口得到一定程度的缓解，但能源匮乏以及其带来的经济、国家安全问题仍是我国目前面临的巨大挑战^[1,2]。

随着中国乃至世界对环境问题的日益重视，能源消耗与环境污染间的矛盾也变得日益突出，而新能源产业的大力发展将是解决这一问题和保证我国经济可持续发展的关键。国家发改委和国家能源局发布的《电力发展“十三五”规划》要着力解决弃风、弃光的问题，要求将弃风、弃光率控制在合理水平。规划的发布再次从国家层面将优化电源结构、发展新能源提到新高度，可预见风电、光伏的渗透率将进一步提升，高比例可再生能源将成为未来电力系统的重要趋势，随之电网的规划和运行也将面临新的挑战^[3,4]。

电力系统的规模不断扩大，其中接入的新能源发电容量比例也日益增高，当电网中发生短路故障时，它们会向故障点注入额外的故障电流，增大的故障电流对电力设备提出了更高的动、热稳定性要求，造成设备升级改造成本增大^[6];此外，新能源发电的出力随机性和组合多样性，也使短路电流的变化规律更加复杂，增加了系统保护整定和配合的难度;同时，新能源发电设备多样的暂态故障特性和灵活控制特性，使电网的故障电流特征和分布较传统电网出现变化^[5,6]。短路故障对电力系统危的严重性决定了短路电流分析计算，是电力系统规划设计、设备选型和保护配置的一项重要工作。

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