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光伏并网逆变器控制和仿真

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光伏并网逆变器控制和仿真 2012年 5月 15日 第 35卷第 1O期 现代电子技术 Modern Electronics Technique M ay 2012 V01.35 No.10 光伏并网逆变器控制和仿真 黄殿君 ,田立欣 ,王 硕 ,王 坤 ,盖国权 (1.内蒙古工业大学,内蒙古 呼和浩特 010051; 2.内蒙古电力(集团)有限责任公司 巴彦淖尔电业局,内蒙古 巴彦淖尔 015000) 摘 要:为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的,采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电 ...

光伏并网逆变器控制和仿真
2012年 5月 15日 第 35卷第 1O期 现代电子技术 Modern Electronics Technique M ay 2012 V01.35 No.10 光伏并网逆变器控制和仿真 黄殿君 ,田立欣 ,王 硕 ,王 坤 ,盖国权 (1.内蒙古工业大学,内蒙古 呼和浩特 010051; 2.内蒙古电力(集团)有限责任公司 巴彦淖尔电业局,内蒙古 巴彦淖尔 015000) 摘 要:为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的,采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电 流源输出的特点,选用工频隔离型光伏并网逆变器结构,并在仿真软件 PsCAD中搭建光伏电池和逆变器模型,最后通过仿 真与 实验验证 了理论的正确性和控制策略的可行性。 关键词 :太阳能光伏发 电 系统;太 阳能电池组件 ;并 网变换器 ;PSCAD 中图分类号 :TN911—34 文献标识码 :A 文章 编号 :1004—373X(2012)10—0146—03 Control and simulation of photovoltaic grid-- connected inverter HUANG Dian-jun ,TIAN Li—xin ,WANG Shuo ,WANG Kan ,GAI Guo-quan0 (1.Inner Mongolia University of Technology,Hohhot 010051,China; 2.Bayannur Electric Power Bureau.Inner Mongolia Power(Group)Co.,LTD,Bayannur 015000,China) Abstract:In order tO improve the capacity and performance of photovoltaic inverter,the parallel injection transfol'tn technology was adopted.According tO the inverter structure and output characteristics of PV generating array current source,the frequency-isolation type photovoltaic gri&connected inverter structure was selected。and photovoltaic cell and the inverter models were buiIt in PSCAD simulation software.The correctness of the theory and feasibility of the control strategies were verified through simulation and experiments. Keywords:PV generating system;solar battery pack;inverter;grid—connection;PSCAD 近年来 ,应用于可再生能源的并网变换技术在 电力 电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光 伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔 发展前景 。太阳能 、风能发电的重要应用模式是并网发 电,并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。 在光伏并网发 电系统中所用到的逆变器主要基于 以下 技术特点:具有宽的直流输入范围;具有最大功率跟踪 (M ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt )功能 ;并网逆变器输出电流 的相位、频率与电 网电压同步 ,波形畸变小 ,满足电网质量要求;具有孤岛 检测保护功能;逆变效率高达 92 以上,可并机运行。 逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此 ,开发 出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 1 逆变器原理 该 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 为大型光伏并网发电系统,据文献[1]所述, 一 般选用工频隔离 型光伏并 网逆变器结构,如图 1所 示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电,经 过变压器升压和隔离后并入 电网。光伏并 网发 电系统 的核心是逆变器 ,而 电力电子器件是逆变器的基础 ,虽 然 电力 电子器件的工艺水平 已经得到很大的发展,但是 要生产能够满足尽量高频、高压和低 EMI的大功率逆 变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行 收稿日期:201卜12-26 研究是一种具有代表性的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。作为太阳能光伏 阵列和交流电网系统之间的能量变换器 ,其安全性,可 靠性,逆变效率,制造成本等因素对于光伏逆变器的发 展有着举足轻重的作用,决定着光伏发电系统的投资和 收益。市场主流光伏变换器大都采用电压源型变换器, 因为光伏电池的电流源输出特性,所以为满足光伏电池 的直流端电压可能大幅度变化的特性,都采用二级变换 的技术方案,这导致变换效率的降低。大功率电流源变 换技术因为强迫断流缓冲电容的高价,低可靠性,使电 流源型变换器的应用受到限制。注入式电流源型变换 器的直流侧电流电压全控特性,使光伏电池发出的直流 电仅经一级变换就可以完成,这一的特性使电流源型变 换器有可能成为高效 的光伏变换技术方案 。 电网 图 1 工频 隔离型光伏 并网逆 变器结构 1.1 两电平逆 变 器 传统的逆变器通常也称为两电平变换器,并网逆变 器一般使用桥式电路,这种拓扑结构比较简单。太阳能 光电池具有电流源型特性,光伏阵列串联大电感后相当 于电流源 ,以这种方式并接入 电网,称为电流源并 网。 为改善并网电流,在交流侧需要加滤波电容器,光伏电 池要串联电感才能接在相应的直流母线上。由于大电 第1O期 黄殿君,等:光伏并网逆变器控制和仿真 147 感的存在,使直流回路电流不易变化,在逆变器开关动 作时,如果不能保证逆变器输入电流稳定,则易产生很 高的di/dt,影响逆变器的安全运行。 1.2 多级注入式电流源型逆变器 将谐波注入的概念用在功率变换器已经有半个多 世纪的历史。但是将谐波注入用于功率变换器中作为 减少谐波含量的一种方法。多级注入 电流幅度与工作 条件相匹配,通过附加晶闸管触发控制和利用纹波电压 实现自然换相,注入电流的频率和相位与供给电源取得 同步。建立在直流电流和注入电流的固定幅值关系上, 各种工作条件下的最优的谐波抑制得到保证,交流电流 波形和直流电压波形质量进一步提高。在文献[2—8] 中,提出了一种新 的直流 电流注入的概念 ,并且发现 了 6倍基频的注入电流用在 12脉冲电流源变换器能够起 到完全抑制谐波的效果。其中非常规系统的研究方法 来寻找注入电流波形的幅值,从而达到最小谐波畸变率 的 目的。并且经过严格的数学分析概括总结了这种思 想,导出了能够完全消除标准 12脉波电流源变换器交 流测输 出波形谐波的理想注入波形 。12脉波电流源变 换器,主电路的工作模式和普通三相全控桥式变换器相 同,每个桥中的6个晶闸管间隔 6O。依序触发导通,每个 主桥开关导通 120。。这样,对两个并联的三相全控桥 而言,每隔 3O。触发一支桥臂上的开关,任意时刻都有 两只开关导通。它不需要交流系统提供换相电压,与交 流系统同步连接可以作为整流器运行也可作为逆变器 运行 。当有功功率从交流系统向直流系统输送时 ,该装 置工作在整流状态,当有功功率从直流系统向交流系统 输送时,此装置工作在逆变状态。多级注入式电流源型 逆变器(MLCR—CSC)的直流电压可正可负 ,变换器需 要采用具有对称特性的开关器件,即具有双向电压阻断 能力和单向电流流通能力的器件。所以 IGBT不可以 直接用于 MLCR—CSC,二极管与 IGBT串联可以满足 这种性能要求,但是器件串联又会引起额外的功率损 耗。由于 MLCR-CSC的相对较低 的开关频率 ,晶闸管 适用于大功率的 MLCR—CSC。由于直流侧电感的存 在,使得直流电流单向流动,而直流电压极性可能瞬时 改变 ,所以多级注入式电流源变换器需要的开关器件应 具有双向电压阻断能力和单向电流流通能力。 2 实验仿真 2.1 太 阳能电池模型搭建 根据文献[9]原理光伏电池的等效电路见图2。在 此基础上搭建输出 0~450 V的直流电源在 PSCAD中, 模型如图 2所示。该仿真模型选取的是典型光伏参数, 组件选用型号为 YL85(17)1010×660,主要参数为 :输 出 峰值功率85 w、峰值电压 17.5 V、峰值电流 4.9 A、开路 电压 22 V、短 路 电流 5.3 A。要 求光伏 阵列输 出 5 000 W,可推算光伏组件连接方式为20串3并。 图2 光伏电池的单二极管等效电路 由图3的光伏阵列的仿真模型,得出 I-U特性曲线 和 P_U特性曲线如 4所示。 D 7上 。 ’Il斗 l > / I I I l6 I4 12 ≤ 1O 8 6 4 2 0 图 3 光伏阵列模型结构图 5 000 5 000 4 000 000 2 000 l 000 O 0 50 l00 150 200 250 300 350 400 450 ,V (b) 图 4 光伏阵列的特性 曲线 通过计算得出的最大功率为 5.1 kW,与模型输出 的功率基本吻合,输入量的其他参数也基本吻合,故可 以在工程实践 中使用。 2.2 逆 变 器拓 扑 电路 在该拓扑结构 (见图 5)中主控桥采用 由两组并联 的三相全桥串联组成一个 12脉波电流源变换器。主桥 由24个换流阀组成,每一个开关阀由一个晶闸管组成。 其交流侧通过变压器串联而成。变压器分别采用 Y/Y 和 Y/△连接,变比分别为 K :1和 K :√3。构成与 Y/△相连的 6脉波变换器的触发脉冲整体滞后于与 Y/Y相连的 6脉冲变换器 30。,使得两变换器的输 出在 变压器一次侧各相电压 同相。图中的注入 电路是 由晶 148 现代电子技术 2012年第35卷 闸管与二极管的串联或反串联构成,与上桥所接的开关 是晶闸管与二极管反串,下桥则相反 ,通过对 晶闸管发 出不同触发脉冲来实现逆变器的四象限运行,同样使上 桥注入理想电流波形,使波形输出理想。 、 .; Z 7 l 上注入电路 一 l I z z 固自⋯ Grid I z 7 z 7 7 一 _, 一 e . . . . . . . . 二=J 【.........一 Z 毛-I 下注入电路 I l 图 5 多级 注 入 式 电流 源 型 变换 器 结 构 图 6下主桥注入 电流波形上部与下部对应三相桥 输出直流电流 大小相 等,相位差为 15。,电感支路 电流 为叠加少量纹波的直流,各支路电流平均值为 Dc/6。 交流电压 、电流波形见图 7。多电平电流波形 的正弦度 较好 ,电压波形有明显的毛刺 ,这是 由开关切换时电感 能量转移引起的,各开关器件引入阻容吸收回路后 ,可 使电压毛刺明显减少 。 氆鹣 爱薄瓣 要 醚 孵 翌 鍪 冁 量 誊 匦 急 麓 l L1 j 1 1 . 1 譬 } l L1 』 1 r_ 寥: l_{ { H H H H }壤 J . l J L L 』、 J L j L 鞣 l叫 Lj I . 。 1 一 f I U }¨ U 。 U U U 攀 § f 女. : m * § }§虢 l - ::1 氍萎 i, ‰ v 麓 图 6 上主桥 注入 电流 波形 图 7 网侧 交 流 电 压 、电流 波 形 图8中,CH1是 A相电压波形;CH2是 B相电压 波形 ;CH3是 C相 电压波形。结论是三相电压正弦波 形上叠加一些毛刺 ,与仿真相吻合。 3 实验结论 各注入支路电力电子开关最佳组合控制方案的确 定。多个注入支路具有多种开关组合方案,如何以较低 复杂程度的开关组合方案实现变换要求 ,是研究的主要 技术难点之一。在仿真中,使用 PSCAD做了 6级电流 注入的研究,证明 了该系统无 需加设滤 波器 以及采用 PWM 技术 ,就能得到理想的输 出波形 。正是 由于该装 置具有非常低的谐波畸变率以及低的开关损耗,因此该 装置很适合应用于大功率的应用场合。 图 8 实测 变压器原边三相电压波形 参 考 文 献 E1]张兴,曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].北 京 :机械工业出版社 ,2011. 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分类:工学
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