光伏并网变流器控制策略要点分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 光伏并网变流器控制策略要点分析 【摘 要】近几年，由于全球能 源局势不断变化及国家政策大力支持， 光伏发电及其并网技术飞速发展。本文 针对光伏并网逆变器的控制目标，采用 空间矢量 PWM（SVPWM）电流控制 方式，最后对光伏并网逆变器的数学模 型做出详细分析。 中国论文网 /8/view-12932484.htm 【关键词】光伏发电系统； SVPWM；并网变流器 中图分类号： TM615 文献标识 码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）35-0047-002 Analysis of Control Strategy of Photovoltaic Grid - connected Converter -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 WANG Zhe-jun1 SHENG Yi1 YIN Hai-bing2 （1.Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China；2.China Construction Excellence Management Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China） 【Abstract】In recent years， due to the constantly changing global energy situation and strong support from national policies， photovoltaic power generation and its grid-connected technologies are developing rapidly. In this paper， aiming at the control goal of PV grid-connected inverter， space vector PWM （SVPWM） current control method is adopted. Finally， the mathematic model of PV grid-connected inverter is analyzed in detail. 【Key words】Photovoltaic power generation system； SVPWM； Grid- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 connected converter 0 引言 并W 变流器是把 PV 阵列产生 的直流电变换成符合电网指标的交流电 同时供给电网的部件，也就是电力电子 技术中的有源逆变器，它是并网型光伏 发电系统功率变换和控制的关键。并网 变流器在转换能量的同时能够控制转变 后交流电的电流、电压、频率、有功功 率、无功功率等。对网侧的跟踪控制是 整个功率转换系统系统的控制关键，它 对系统输出电能的质量和系统的运行效 率存在直接影响。 1 电压型并网变流器控制策略的 分析比较 光伏并网变流器的控制策略是光 伏并网发电系统的控制关键，电压型变 流器控制方式有电压控制方式和电流控 制方式两种。前者控制电压型变流器输 出电压，后者控制电压型变流器输出电 流。在电压控制方式中，如果电压型变 流器输出的电压与公共电网电压相位不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 同，则会在电路中产生环流，但是电压 型变流器的交流侧在并网后只能测出电 网电压却无法有效地控制输出电压的变 化。而如果电压型并网逆变器采用电流 控制方式，则只需要控制电压型变流器 所产生的正弦电流就能实现跟踪公共电 网电压，从而实现并网。综合上述分析， 电流控制方式操作更为简单，使用也更 为广泛。 电压空间矢量脉冲宽度调制 （Space Vector PWM，SVPWM）控制 策略，即磁链跟踪控制技术，它是通过 控制变流器空间电压或电流矢量的切换 实现对变流器控制的一种较新的控制方 法。这种控制策略采用控制逆变器空间 矢量的切换来获得准圆形的旋转磁场而 抛弃了原来的正弦波脉宽调制法， 使 得在对开关频率要求不高的情况下，变 流器也可以获得相对 SPWM 更好的输 出特性。不过，由于空间矢量控制策略 的计算量不小而且其复杂的计算将会影 响到计算精度，所以它常常用于整流及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 控制电机等方面。 常规的 SPWM 的控制重点是调 整变流器的输出波形，以至在主功率器 件开关频率不高的情况下，不易得到品 质较好的输出信号；即使提高主功率器 件的开关频率，电压型逆变器的开关死 区延时也会降低电压利用率，不易获得 正弦度高的输出波形。而与正弦波 PWM 对比，电压空间矢量 PWM 具有 以下几个优点：降低了器件的开关频率； 减小了电压型并网变流器中 IGBT 的能 耗；提高了动态响应性能；易于单片微 处理的实现；具有更好的输出波形。因 此得到了广泛应用。 根据上面的研究对比，对所分析 的电压型并网变流器而言，更适合采用 空间矢量 PWM（ SVPWM）电流控制 策略。 2 光伏并网电压型变流器的数学 模型分析研究 三相光伏并网主电路结构如图 1 所示，E 表示电网电压矢量，UL 表示 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 输出滤波电感 L 上电压矢量，I 表示变 流器输出的电流矢量，Ui 表示变流器输 出的电压矢量，R 为输出滤波电感 L 上 等效内阻，得出三相光伏并网电压型变 流器交流侧的稳态矢量关系为： Ui=UL+UR+E 由于稳态时 I 的大小不变，则 UL 的大小也不变，此时变流器交流侧 电压矢量的端点运动轨迹形成一个以电 网电压矢量 E 的端点为圆心，以 UL 的 大小为半径的圆。因此如果控制变流器 输出电流矢量的大小和相位追踪电网电 压矢量，就可以控制并网变流器的有功 功率和无功功率，从而实现电压型变流 器的并网控制。 在三相静止坐标系 abc 下，通过 分析电压型变流器交流侧的稳态关系， 得出电压方程如下： Uiabc-Eabc=IabcR+L（1） 其中，矢量 Xabc=（xa，xb，xc ） ，x 表示对应的物 理量，各下标表示坐标系 abc 中各相的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 变量，而 Xabc（Eabc 、Uabc 、Iabc） 。 当只研究三相平衡系统时，系 统中只有两个自由度，也就是说，根据 变换前后功率守恒原则，此时的三相系 统就可以进行一定的坐标变换简化为两 相系统，即 Xa=TXabc （2） 式中 T-变换矩阵， T=0 - -0 -； X-矢量， X=（XaX）T 其对应的逆变换为 Xabc=T- 1X，把式（2）代入（1）式并化简如 下： Uia-Ea=IaR+L（3） 然后M 行一定的坐标变换将两 相静止 坐标系下的数学模型变换成 两相同步旋转坐标系 dq 下的数学模型 如下： Xdq=T （）X（4） 式中 T（）- 变换矩阵， T（ ）=cos sin-sin cos 为 a 轴与 d 轴的夹角；Xdq- 矢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 量，Xdq= （XdXq）T 。联立式（ 3）和 式（4）并进行相应的数学变换得出： Uidq-Edq=L0 - 0Ldq+L +IdqR（5） 式中 -同步旋转角频率，且 =。 在零初始条件时，对式（5）进 行拉氏变换，就得出系统在 dq 两相同 步旋转坐标系下电压型变流器频域的数 学模型如下： Ud（s）-Ed（s）-L0Id（s） =（sL+R）Id（s）Uq（s）-Eq（s）- L0Iq（ s）=（sL+R）Iq （s） （6） 在式（6）中，在 0 是电网电压 基波旋转角频率时，称 dq 两相同步旋 转坐标系是基于电网电压矢量定向的同 步旋转坐标系。电压型变流器输出的瞬 时有功功率 p 和无功功率 q 如下： p=（edid+eqiq）q=（ediq- eqid） （7） 又因为 dq 两相同步旋转坐标系 在跟踪同步电网电压时，有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 eq=0，ed=|E|，所以上式（ 7）可化简如 下： p=edidq=ediq（8） 如果忽略电网电压波动所产生的 不利影响，则 ed 的值保持恒定，从而 上式（8）中电压型变流器输出的瞬时 有功功率 p 仅与电压型变流器输出电流 的 d 轴分量成正比，无功功率 q 仅与电 压型变流器输出电流的 q 轴分量 iq 成正 比。由此得出，在电网电压不变的情况 下，就可以通过控制 id、iq 达到跟踪控 制电压型变