光伏并网逆变器控制算法的研究

光伏并网逆变器控制算法的研究

低压电器(2009 19)

通用低压电器篇 研究与分析

张 扬(1963!),男,教授级高级工

程师,从事新能源

技术项目的开发,

系统集成的应用工

作。光伏并网逆变器控制算法的研究

张 扬, 杨浩然

(上海电器科学研究所(集团)有限公司,上海 200063)

摘 要:针对不同的并网逆变器控制算法分别进行了研究。阐述了光伏并网逆变

器的拓扑结构及工作原理,分析了各自的优缺点。利用M atlab 软件建立模型,仿真实

验结果表明,无差拍控制目前是并网逆变器最合适的控制方案。

关键词:光伏;逆变器;拓扑;无差拍控制

中图分类号:TM 464 文献标识码:B 文章编号:1001 5531(2009)19 0008 04R esearch on Control Strategies of Photovoltaic Grid Connected Inverter

Z HANG Yang, Y ANG H aoran

(Shanghai E lectricalApparatus Research I nstitute (G roup)Co .,Ltd .,Shangha i 200063,Ch i n a)

Abstract :D i verse contro l strateg ies o f g rid connected i nverter w ere studied respecti ve ly .T he t opo l ogy struc

ture and w ork pri nc i p l e o f i nverters for g rid connected PV sy stem we re expounded ,and so m e contro l strateg i es o f

pho tovo lta ic grid connected i nve rter w ere ana lyzed and compared .T he M a tlab si m ulation m odel w as estab lished .

The results sho w t hat the deadbeat contro l algor i th m i s at present the m ost su itab l e for pho t ovo lta i c g rid connected

i nv erter .

K ey words :photovo ltaic ;inverter ;topo l ogy ;deadbeat con trol

杨浩然(1983!),男,助理工程师,硕士,研究方向为太阳能光伏并网发电。

0 引 言

随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严

重,能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重

大基本问题,清洁的可再生能源的发展和应用越

来越受到世界各国的广泛关注。其中,光伏发电

以其独特的优点被公认为技术含量高、最有发展

前途的技术之一[1]。目前,光伏发电系统主要有

独立运行模式和并网发电模式两种。光伏并网发

电系统与独立发电系统相比具有造价低、输出电

能稳定的优点,因此,具有广阔的发展前景[2]。

本文阐述了光伏并网逆变器的拓扑结构及工

作原理,针对目前常见的几种并网逆变器控制算

法分别进行研究,说明了各算法的基本原理及各

自的优缺点。并且利用M atlab 软件建立了各控

制算法的模型,通过仿真比较,进一步揭示了各控

制算法的特点,为并网逆变器的设计提供了依据。1 光伏并网逆变器的拓扑结构光伏并网逆变器的拓扑结构如图1

所示。图1 光伏并网逆变器主电路 图中:T 1~T 4为功率器件,组成逆变桥;u AB 为并网逆变器输出的高频SP WM 电压;R 为滤波电感和线路的等效电阻(在实际中有时也可忽略不计);u n 为变压器一次侧电压,u gr id 为电网电压。

主电路逆变桥左右桥臂分别加上相位差互为

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研究与分析 低压电器(2009 19)

通用低压电器篇

180?的SP WM脉冲,经交流侧电感L滤除高频信号后输送到升压隔离变压器,再经变换隔离向电网馈入与电网电压同频同相的正弦波电流。因为工频变压器的存在,实现了系统和电网的电气隔离,从而增强了系统的安全性和可靠性,目前在功率较大的光伏并网系统中,普遍采用该结构。

2逆变器输出电流控制算法

根据控制方式的不同,可将逆变器的控制分为输出电压反馈控制和输出电流反馈控制两种。由于电网有巨大的平衡作用,当光伏并网发电系统中的逆变器并入电网工作时,采用输出电压控制方法的抗干扰能力较弱,且对外部环境变化的响应速度慢,因此,光伏并网发电系统普遍采用逆变器输出电流控制的方法[2]。

常用的控制方法主要有滞环控制、双闭环控制、无差拍控制。除此之外,近年来还出现了一些其他的控制算法,如重复控制[3 4]、神经网络控制[5]、模糊控制[6]等,但这些方法在控制结构和算法上较为复杂,实际应用较少。

2.1电流滞环控制

电流滞环控制是一种基于瞬时值反馈的控制技术,将输出电流反馈到给定端,把反馈信号与给定信号进行比较,可得到一个误差信号,规定一定的误差允许范围,这就是滞环:当反馈值超过上限时,就产生一个控制信号去驱动相应的功率管,使反馈值减小回到滞环范围;到一定的时候反馈值必然会减小到超过下限,此时又要产生一个信号去驱动相对应的另一组功率管,使反馈值增大,回到滞环范围。如此反复,就可使输出电流始终跟踪给定的参考信号,且响应速度快,误差也会控制在需要的范围之内[7]。

电流滞环控制根据电流跟踪误差来决定功率器件的开关状态,没有传统的电流调节器,具有快速的动态响应。但缺点是该方法中的滞环宽度一般固定,功率器件开关频率随着电流瞬时值的变化而变化,不固定,造成电路工作的可靠性下降,而且在开关频率不固定的情况下给输出滤波器的设计带来困难,滤波器参数只能按照最低谐波频率来设计,必然降低逆变器输出电能质量。另外,在调制过程中容易出现很窄的脉冲和大的电流尖峰,在直流电压不够高或电流幅值太小时,电流控制效果不理想。

2.2电流瞬时值有效值双闭环控制

电流瞬时和电流有效值双闭环控制的主电路及控制流程如图2所示。其中:1为电流有效值给定,它根据直流侧输入功率给定;2为输出电流有效值计算,将电流有效值给定与反馈回的输出电流有效值比较后进入PI调节器3运算得出网侧电流幅值给定值;4为锁相环,将网侧电流幅值指令与电网电压频率相位同步的单位正弦波相乘,在5中形成网侧标准电流正弦波;将网侧标准电流正弦波与网侧电流瞬时反馈值在3中比较得到电流偏差放大系数K i,该偏差放大系数再迭加到在5中形成的网侧标准正弦波就得到P WM控制的正弦调制波;6为载波发生器;最终正弦调制波与载波在P WM比较控制器7中得到I P M模块中的I GBT

驱动信号。

图2电流瞬时值和电流有效值的双闭环控制过程

该并网控制的外环为电流有效值闭环,通过对网侧电流幅值给定值(给定值由并网系统最大功率跟踪算法得出)的控制来调节并网电流的大小,内环为电流瞬时值闭环,通过实时的电流反馈修正电流的输出波形,有效值和瞬时值构成的双闭环控制系统保证了对输出电流幅值和波形的要求。该控制策略的优点是物理意义明确,易于用软件实现,有较小的超调量和很高的稳态精度,且开关频率固定,易于系统的设计;但缺点是在开关频率不够高的情况下,动态响应速度相对较慢,调整时间较长。

利用M atlab软件进行建模分析,从仿真结果(见图3)可以看出,输出电流与电网电压保持了良好的频率、相位同步,功率因数近似为1。在指定时刻0.1s时,将电流有效值给定由25A突变到50A,输出电流波形在3个周波时间之后才趋于稳定,说明基于PI调节的双闭环控制的暂态响应时间较长,但暂态响应的超调量小,且该控制系

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输出电流瞬时值波形(b)输出电流有效值波形

图3 采用电流瞬时值有效值双闭环控制的输出波形统稳定性良好,输出响应的稳态精度很高 …… 此处隐藏：4781字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……