发布时间 : 星期四 文章光伏并网逆变器限功率控制策略研究 - 图文更新完毕开始阅读9cbcbfa7102de2bd960588d0
第三章 光伏并网限功率控制系统的DC/AC侧设计
第三章 光伏并网限功率系统DC/AC侧设计
3.1 DC/AC变换器分类与选取
应用于电压源换流器中的功率开关管主要有晶闸管（SCR），电力晶体管（GTR），可关断晶闸管（GTO），电力场效应晶体管（MOSFET），绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）。其中SCR为半控型器件依靠电网换相，被用于有源逆变电路中，相比自关断功率管，适用于大容量场合中，如交流串级调速系统、直流可逆电力拖动系统、高压直流输电等领域[34]。GTR，GTO，MOSFET，IGBT均为自关断器件，GTO，IGBT适用于大功率场合，另外集成门极换相晶闸管（IGCT） 是在GTO的基础上发展起来的，它同时具有IGBT和GTO的优点，是一种比较理想的适用于中、高压大功率的开关器件[35]。因为可以实现自换相，自关断器件同样适用于无源逆变电路。采用PWM技术，这些自关断器件实现了电能的灵活控制。
3.1.1 PWM电压源换流器拓扑分类
表3-1 三相逆变器拓扑比较
Table3-1 Three-phase inverter topology 变换器类型 两电平变换器 二极管箝位型多电平变换器 优点 针对三相电路，控制简单 缺点 谐波较大，电磁干扰大 不需要变压器、箝位电容，所使用箝位二极管较多，直流能够实现四象限运行 电容电压平衡控制难，主开关器件容量不等 不存在开关管电压不均衡箝位电容电压平衡控制困难。飞跨电容型多电平和二极管反向恢复特性问逆变系统体积大，电容的工作变换器 题，能够实现四象限运行 特性存在差异，难以保持系统稳定性 电路拓扑简单，无钳位二极需要多个独立直流源，网侧多级联型多电平变换管，无电容电压平衡问题； 重隔离移相变压器制造复杂，器 成本高，不易实现四象限运行。 本课题针对低压配电网逆变器进行控制研究，主要研究三相拓扑电路。三相逆变器拓扑比较如表3-1。经过优缺点比较，本课题针对中功率的光伏逆变器进行控制分析，选用两电平拓扑，实现逆变控制[35]。
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内蒙古工业大学硕士学位论文
3.1.2 PWM电压源换流器的矢量控制原理
PWM电压源换流器的优良性能：网侧电流为正弦波；网侧功率因数控制；电能双向传输；较快的动态控制响应。由于电能的双向传输[36]，当PWM电压源换流器从电网吸取电能时，其运行于整流状态。当PWM向电网输送电能时，其运行于有源逆变工作状态。PWM电压源换流器网侧电流及功率因数可控，其拓扑结构可被用于有源电力滤波器和无功补偿。
PWM电压源换流器的运行状态，稳态情况下，若忽略谐波，电压源换流器交流电压的基波分量为与电网电压同频的正弦波，因此可得换流器稳态等效电路图3-1。
isLRiloadusucidcudcRload图3-1电压源换流器并网发电等效电路图
Fig.3-1Voltage source inverter hooked up to the equivalent circuit diagram
设电网电压us，换流器交流电压为uc，简化分析，忽略电感内阻R，以电网电压A相电压为相位参考，即有 于是
Is??????Us?Us?0 ????Uc?Uc??UcU?Uccos?sin??js ?L?L(3-1)
(3-2)
以整流状态下有功功率为正，容性无功为正，则
?UsUc?????P?ReUI??sin?s?acs???L??? ????Q??Im?UsI????Us(Us?Uccos?)s???ac?L???
(3-3)
控制换流器交流电压的幅值Uc和相位角?，可以分别独立控制换流器与电网交换的无功功率和有功功率，使电压源换流器工作于四象限，如图3-2。通过对网侧电流的控制，实现换流器的四象限运行。
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第三章 光伏并网限功率控制系统的DC/AC侧设计
Us?IsQUs?IsUc?ULP??Uc?ULP??Q
A感性无功补偿 B单位功率因数整流
IsUs?UcULUcQP??Is?Us?ULQP
?C容性无功补偿 D单位功率因数逆变
图3-2电压源换流器矢量控制技术
Fig.3-2 The voltage source inverter vector control technology
3.1.3三相桥VSC主电路滤波L/C选取
VSC系统中，交流电感的选取十分重要，交流电感的取值不仅影响到电流环的动、静态响应，而且制约着VSR输出功率、功率因数及直流电压。 （1）输出功率与电感之间的关系
三相VSC，采用空间矢量SVPWM控制，则M=33。忽略VSC损耗，则
?3p?EmImcos??2?3? q?EmImsin? ?2??3?M?3?p—三相VSC交流侧有功功率 q—三相VSC交流侧无功功率
(3-4)
或
12222Emsin?cos?+?mcos?Emsin2?+Vdc?Em3L? 2p?(3-5)
12222Emsin?cos?+?mcos?Emsin2?+Vdc?Em3L? 2q?(3-6)
表3-2给出了采用SVPWM三相VSC交流侧电压矢量端点在四个特殊工作点时，满足交流侧有功功率p或无功功率q指标时某一相的电感上限值，其中Vdc?2Em，Em为网侧相电压峰值。
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表3-2特殊工作点（A、B、C、D）三相VSC电感上限值
Table3-2 Special working point (A, B, C, D) three-phase VSC inductance on the threshold 特殊工作点 A ?90 p?0 q?0 B 0 p?0 q?0 C 90 p?0 q?0 D 180 p?0 q?0 22?Em3Vdc?9Em 2p?? p、q取值 及状态 L? 2222?9Em?3Em?3EmVdcEm3Vdc3Em+3EmVdc 2q?2q?2p?（2）谐波抑制与电感之间的关系 电感取值范围
其中需满足
（3）直流侧电容的设计
一般而言，从两个方面来设计直流侧电容：中间直流电压环的跟随性能指标和抗扰性能指标， VSC直流侧电容越小，逆变侧调节速度快速；VSC直流侧电容越大，直流侧负载扰动时带来的功率震荡越小。 VSC直流电压快速调节的电容设计：
?2Vdc?3Em?EmTs2Vdcimax?L?2Vdc 3Im?(3-7)
imax3?2Vdc?3Em?Em?Ts ?2Im4Vdc(3-8)
tr* C?0.74RLe(3-9)
VSC直流电压抑制直流侧电源扰动时的电容设计：
1 C??2VmRLe中间滤波电容C2=350?F。
(3-10)
tr*为中间电容电压上升至额定直流电压时间，折中考虑交流滤波电感L=25mH，
3.2 DC/AC控制系统
光伏并网逆变器通常由电压环和电流环控制，电流环的控制方式较多有PI调节控制、PR谐振控制、无差拍控制、重复控制、模糊控制等。本课题电压环和电流环均采用PI控制。逆变侧控制环上的环节较多，其中包括脉冲调制方式；坐标变换；有功分量和无功分量解耦；电流环、电压环PI控制器；最后在考虑LC滤波器的滤
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