（电力电子与电力传动专业论文）一种并网逆变器控制策略的研究.pdf

a b s t r a c t an o v e lc i r c u i to fg r i d 。c o n n e c t e di n v e r t e rb a s e do nd s p t m s 3 2 0 f 2 4 0 7i sp r o p o s e di nt h i s p a p e r i no r d e rt om a k et h ep o w e rb a l a n c eb e t w e e nt h ei n p u ta n dt h eo u t p u t ，t h ec o n t r o ls t r a t e g y o fb u sv o l t a g ei sa p p l i e d m e a n w h i l e ，t h i se q u i p m e n tc a na l s ob eu s e da sf e e d b a c kt y p e e l e c t r o n i c l o a d t h i sc i r c u i tr e a l i z es i m p l e n e s s ，i n t e l l i g e n c e ，l o wc o s t f i r s t l y ，p r o s p e c t so f t h ee n e r g yw e r ep r e s e n t e d a st h e1 i m i to ft r a d i t i o n a le n e r g y d e v e l o p m e n t ，t h ep h o t o v o l t a i cb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h o nt h eg r i d c o n n e c t e di n v e r t e ra st h ek e yc o m p o n e n to fap h o t o v o l t a i cs y s t e m 。t h ep r i n c i p l e s a n dc h a r a c t e r i s t i c so ft r a d i t i o n a lg r i d c o n n e c t e di n v e r t e ra r ea n a l y z e d b a s i c a l l y ，an o v e l g r i d c o n n e c t e di n v e r t e ri sp r e s e n t e d ，w h i c ha c h i e v ep o w e rb a l a n c eb e t w e e ni n p u ta n do u p u t t h i sp a p e rp u te m p h a s i so nt h ec i r c u i tt o p o l o g ya n dc o n t r o ls t r a t e g yo ft h i sn o v e l c u r r e n t s o u r c eg r i d c o n n e c t e di n v e r t e r iti ll u m i n a t e st h ea d v a n t a g e so ft h em a i nt o p o l o g y d i f f e r e n tf r o mo t h e rt o p o l o g i e s f u r t h e r m o r e ，t h ef il t e ra n dc o n t r o lp a r a m e t e r sa r eg i v e n i nd e t a i l b a s e do nt h e s ea n a l y s e s ，t h es i m u l a t i o nm o d e lo fs y s t e mi se s t a b l i s h e da n dt h e e x p e r i m e n tisc a r r i e do u t t h e nt h ep u l s ew i d t hm o d u l a t i o nt e c h n i q u ei si n t r o d u c e d b a s e do na n a l y s i so fr e s p e c t i v e o p e r a t i o np r i n c i p l eo ft h eb i p o l a ra n ds i n g l e p o l a rs p 硼b o t ht h es i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a l r e s u l t sa r eg i v e nt ov e r i f yt h a tt h eb i p o l a rs p w mg e n e r a t i o ns c h e m ei sm o r ep r e f e r a b l e t h e n ac o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e db a s e do n ad i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r t m s 3 2 0 f 2 4 0 7 t h ed s p s h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o n f i g u r a t i o n sa r ec a l c u l a t e do nt h ee q u i p m e n tf o rt e s t i n g f i n a l l y ，ai k vp r o t o t y p ei sm a d eo nt h er e s e a r c ha b o v e v a l i d i t yo ft h ef e a s i b i l i t yo fi n v e r t e r i ss h o w nb ys i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t s k e y w o r d s ：g r i d c o n n e c t e di n v e r t e r ，p o w e rb a l a n c e ，d s p ，p o w e rb a l a n c e n 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特另0 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸望盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在沦文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蝴 签字日期： 沙7 年乡月目 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 逝鎏盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝婆盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：歧吃内多 签字日期：刀稗多月g 日 导师签名： 扔方正 签字日期：厶7 。年岁月 日 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 第1 章绪论 本章主要介绍了可再生能源发展的现状，太阳能光伏发电系统的组成和传统并网逆变 器的运行模式、电路结构和控制策略。针对现有并网逆变器的拓扑和控制策略，提出了一 种新的并网逆变器的控制方法。 1 1 能源发展概述 当今世界面临着能源不足的现状。虽然煤和石油仍然作为主要的化石能源，但由此引 起的温室效应和环境污染，让越来越多的国家把能源发展的关注重点转移到可再生能源发 展的战略部署上。可再生能源是指能够在自然界可以循环再生的资源，如太阳能，风能， 生物能，地热能，潮汐能，海洋能等。他们的共同优点就是绿色，可再生并且来源广。与 常规能源相比，可再生能源的增长趋势不可小觑1 驯。 据相关资料显示，近年来，全球可再生能源消费量相当于一次性能源消费总量的1 8 ， 并呈逐年增长趋势。其中主要的可再生能源的现状和前景预测如下： ( 1 ) 风能发电为最主要的可再生能源使用方式，尤其在欧洲的一些国家以及加拿大，瑞士 等地，都在大力实施风力发电项目，并日趋完善。据统计，欧洲风力发电的装机容量 相当于2 5 座核电站，全球范围内风电装机容量呈现3 0 速度增长。 ( 2 ) 地热，生物已逐渐开发，主要用于发电和房屋采暖，包括区域采暖。目前，有3 0 多 个国家在使用超过2 0 0 万处地源热泵，用于建筑采暖和降温，发展潜力较大。 ( 3 ) 太阳能光伏发电是可再生能源中增长最为快速的一种。其使用技术可靠，成本低，占 地少，绿色无污染而被世界范围内认可。荷兰，瑞士，芬兰，奥地利等国家都展开了 一系列的光伏屋顶发电系统的计划。在金融危机的形式下，多晶硅的价格出现下滑， 加之节能型社会的发展要求，光伏发电的装机总容量继续有所提高。 1 1 1我国可再生能源发展现状 中国能源资源有以下一些特点，包括：能源资源总量丰富，人均能源拥有量低，能源 分布地域不平衡，能源开发难度较大等问题。随着中国经济的快速发展和工业化、城镇化 进程的不断加快，能源需求在4 i 断增长。因此，创建稳定、经济、清洁、安全的能源供应， l 浙h 大学硕学位论史种并h 逆变* 控i 肇略的研究 成为当务之急。 随着世界可再生能源市场的发展，中国的能源结构也发生着不断的变化。2 0 0 7 年和 2 0 1 0 年的中国能源结构组成如。可以看出，可再生能源的比例增长迅猛，尤其是太阳能 光伏发电。虽然我国在太阳能光伏发电技术方面的研发起步较晚，尚处于研究试验阶段。 但近几年来，光伏井网发电技术得到了越来越多业内人士的广泛关注。 水电 罂“；矧。 l * l * 2 0 0 7 年能源蜡掏7 8 2 0 1 0 年能源结掏 图卜l 我国能源结构的变化 中国国家发展和改革委员会能源研究所报告显示2 0 0 9 年，新增的装机容量已达到 1 5 0 兆瓦，为2 0 0 8 年新增装机的三倍多。到2 0 2 0 年，照比新能源发展规划实际容量也 将有明显提高。2 0 0 9 年，国内的太阳能光伏装机总容量较去年同期增逾一倍。其中风力 发电总装机容量将达到l5 亿千瓦，而光伏发电的发展目标为总装机容量2 0 0 0 万干瓦， 浙“大学日士学位论文第章绪论 1 1 2太阳能光伏发电系统概述 光伏发电系统是指将太阳发出的光能转化为电能并且保证与电网电压同频同相，从 而可以向电嘲输送能量和向负载供电的功能阶1 。一个典型的太阳能光伏发电系统由4 个部分组成，如图卜2 。 太目能光伏板 盘流负载 十荫 辞荫 商 f 露吁甜 筑 图卜2 太阳能光伏发电系统组成 ( 1 ) 太阳能光伏组件 光伏组件是太阳能光伏发电系统中最重要的部分。光伏电池使用半导体材料( 比如单 晶硅、多晶硅) ，利用光伏效应，来吸收一部分光子并将其转换为电子。通常为了满足发 电量的需要，需将单体光伏电池连接成光伏电池组件，再由光伏组件连接成光伏阵列。 ( 2 ) 充电控制系统 充电控制系统的基本作用是为储能系统( 目前通常为蓄电池) 充电确定最佳充电电流 和电压，以保证能半稳，高效快速的进行充电，并尽量减少充电损耗，提高充电效率和 蓄电池的寿命。同时尽量为蓄电泡提供过流和过放电等保护。 ( 3 ) 储能系统 将光伏组件收集的电能储存以供用户存任何时间使用。 ( 4 ) 并网逆变器 不同的光伏发电系统的组成部分可能有所小同光伏组件中输出的是直流电，而市电屯 刚通常是交流电。逆变器装置即将直流电鸵转变为交流电能的传输和转换。逆变器的控制 和能效对整个光伏发电系统的效率的影响重大，所以对光伏发电系统中并削逆变器的研究 具有重要的意义。 根据光伏发电系统工作方式的小同，组成部分会有所_ i 唰，存在有无储能装置的差别。 浙江大学硕士学位论文一种并嘲逆变器控制策略的研究 对于一个并网的光伏发电系统来说，并网系统的核心装置是并网逆变器。我们可以把市电 电网视作容量无穷大的电压源n 2 h 1 4 3 。传统的并网逆变器输出可以看作是电压源或电流 源。要实现系统的稳定运行，必须要严格控制并网系统的输出电压与电网电压同频同幅同 相( 在允许波动范围内，参见表卜1 ) 。所以，通常把并网逆变器的输出设计成电流源系 统。逆变器的输出电压被控制在电网电压，通过d s p 的锁相设计对幅值相位进行同步调节， 以确保系统的输出功率因素为l 。 表1 - 1 系统并网指标 容量( k v a a )频率差( a f ，h z ) 电压差( 矿。)相位差( 莎) 0 - 5 0 00 3 1 0 2 0 5 0 0 - 1 5 0 0o 251 5 1 5 0 0 - 1 0 0 00 131 0 1 1 3光伏发电系统的运行模式 光伏发电系统按照系统功能可分为三类，一是并网型光伏发电系统，二是独立运行的 光伏发电系统，还有一种是基于前二者结合的混合型发电系统u 引。 ( 1 ) 并网型光伏并网发电系统n 5 h 1 蜘 并网型光伏并网发电系统将光伏发电系统直接与电网相连，结构如图1 - 3 。它的优点 是省去了体积大，价格高，不易维护的蓄电池；缺点是必需满足并网的条件：a ) 输出电压 必需与电网电压同频同相同幅值；b ) 输出功率因数为1 ，也就是说输出电压电流必需同频 同相，否则会对电网造成谐波污染。因此，对该系统的电能质量提出了更高的要求。 图1 - 3 并f b 9 型光伏发电系统结构示意图 4 浙江人学硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 独立运行光伏并网发电系统 独立运行光伏并网发电系统将太阳能转化为电能后，首先给蓄电池充电。然后根据要 求可以逆变后并网或者独立使用。系统并网的时间和功率大小都是可以调节的，也叫可调 度式光伏发电系统。结构示意图如图1 - 4 。它的优势是：a ) 蓄电池可以起到储存能量的作 用，上网的能量和时间可以人为调节，可是实现电网调峰；b ) 可以补偿功率因素，具有无 功功率调节功能。但是由于增加了蓄电池，所以占地较大，不易安装，系统会受到蓄电池 寿命的影响。另外，蓄电池接受的能量为不连续不可控太阳能，所以在控制充电的方式上 也较为复杂。 光 伏 阵 列 图1 - 4 独立运行光伏发电系统结构示意图 ( 3 ) 混合型光伏发电系统 基于独立型光伏发电系统和并网型发电系统各自的特点，国外开发了一种带有少量蓄 电池的混合型光伏发电系统啪卜口引，其蓄电池容量只需满足每天3 - 4 小时的调峰时间，不 像独立光伏发电系统那样要带有3 4 天的使用，而且上网时间可控。这种独立型光伏并网 发电系统造价降低，而且效率可以从3 0 提高到6 0 。这种光伏发电系统具有二种模式： 独立模式和并网模式，灵活性大大提高，更易于被电力部门所采用。 另外一种混合型光伏发电系统中增加了备用发电机组，当光伏发电系统供电不足时， 他可以启动发电机组给电网供电或者整流后给蓄电池充电。系统结构如图i - 5 所示。通常 这种结构还可以用于二种可再生能源结合发电系统，如风光互补发电系统，以达到系统 稳定、可靠，输出能量连续的目的。 图卜5 混合型光伏发电系统结构示意图 浙江人学硕士学位论文种并网逆变器控制策略的研究 1 1 4并网逆变器的拓扑 并网逆变器按照输入源类型可以分为电压型和电流型二种啪h 2 引。 ( 1 ) 电流源型逆变器 电流源型逆变器是在直流回路中串联大电感来吸收无功功率以及平滑由整流电路输 出的电流。由于增加了大的电感，直流回路电流的方向不会随电压大小和极性的突变而变 化。这时能量便从储能侧流向电流源侧。其电路拓扑如图卜6 所示。 光 伏 阵 列 l d c l 厂m n 一 j 岛 l i 图1 - 6 电流源型逆变器拓扑 ( 2 ) 电压源型逆变器 电压源型逆变器是在直流回路中并联大电容作为储能元件，同时达到吸收无功功率和 平滑整流电路的输出电压。在这种情况下，直流侧呈现低阻抗的电压源特性。其电路拓扑 如图1 - 7 所示。 光 伏 阵 列 l i l - i 一下 f uj v24ul2+2202-2ul x2 2 0 x c o s o ( 2 3 ) 将( 2 。1 ) 带入( 2 。2 ) ，可得 l - 譬- 2 2 0 2 ，i l 缈 c 2 4 ， 由上式可以看出，l 与存在相互制约的关系。吃。越大，则选取的l 值就要越大， 否则无法使纹波电流达到低于5 要求；如果太小，不能满足输出并网电压的要求。 工程中可以选取稳态时电感上压降为5 - 2 0 v ，则可以估算出电感值，以此估算直流母线 电压。考虑到实际项目中成本要求和器件的要求，一般不会高于4 5 0 v 。本试验中选择直 流母线电压为4 0 0 v 。 浙江大学硕士学位论文一种并i 】。j 逆变器控制策略的研究 2 3 2 2高频变压器的设计 ( 1 ) 磁j 落选择 考虑到工作在高频状态，选择高频下具有高电阻率的铁氧体磁芯。这种磁j 卷在高频 涡流损耗低，而且价格低廉，是高频变压器磁：签首选材料。磁j 签形状的选择上，考虑到 窗口面积尽量大，高度较低的结构，以减少高频交流电阻，于是选用e e 型。利用面积乘 积( a p ) 法来确定磁j 卷尺寸，这里先假设线圈电流密度为4 a m m 2 ，窗口冲填系数为4 0 ， 可以根据公式预计面积乘积，为 肛伽( 去) - 亿5 ， 其中，岛输出功率1 k w ，对于全桥电路取k = 0 0 1 7 ，弄为逆变器工作频率5 0 k h z ，a b 为磁通密度变化量，通常取0 2 - 0 4 估算出a p = 6 1 5 - 1 0 5 6 。根据磁：卷参数对照表，考 虑到裕量，选取e e 5 5 磁j 卷。 ( 2 )线径选择 根据初次级电压确定匝比 堕：盟 ( 2 6 ) u 2 n 2 所以，盟：一u i ：4 0 0 ：5 3 3 ，确定匝比为l ：6 。 a 2乙2 j 7 根据电磁感应定律u t = n 矽州a b 4 ， 计算原边匝数n = i 0 1 匝，取1 匝，副边6 匝。 由于原副边电流分别为i t = 1 3 3a ，l = 4 5 4 a ，考虑电流密度为4 a m m 2 ，则初次级 线圈导线截面积为：a = 1 3 3 4 = 3 3 2 5 m m 2 ，4 ，= 4 5 4 4 = 1 1 3 5 m m 2 。原边采用直径 0 2 9 的丝包线3 股并绕，副边用直径0 3 的漆包线2 股并绕。 2 3 2 3开关管的选择 ( 1 ) d c a c 级i g b t 的选择 浙江大学硕上学位论文第二章光伏并网逆变器t 电路研究和分析 全桥并网逆变器正常工作时，流经i g b t 的峰值电流与流经交流输出滤波电感的峰值 电流一样。本实验装置的容量是i k v ，输出电流的峰值约为6 5 a 。考虑到开关管的选择裕 量在2 5 到3 倍实际最大电流值，选择i g b t 的耐流值在2 0 a 以上。开关管承受的最大电 压既是直流输出母线电压4 0 0 v ，考虑到电路运行状况和裕量的容许值，选择i g b t 的耐 压值在应大于5 0 0 v 。本试验中选取i g b t 为英飞凌公司的i k p 2 0 n 6 0 t ，容量为2 0 a 6 0 0 v 。 ( 2 ) d c d c 级m o s f e t 的选择 前级d c d c 的输入为太阳能光伏能量，输入电压为7 0 v 。一般在功率比较小电压不太 大的情况下，较多的使用m o s f e t 作为开关管。d c d c 级逆变桥选取m o s f e t 作为功率开 关管，m o s f e t 具有开关速度快，电压型控制的优点。稳态时输入电流有效值为1 5 a ，考 虑到裕量，选取英飞凌公司生产的i p p 0 5 c n i o ng ，容量为i o o a i o o v 。 2 3 2 4直流侧滤波器的设计 1 ) 直流侧输出平波电容的设计m m 8 1 直流侧电容主要目的是为了平缓直流输入电压和缓冲下一级的开关瞬时能量尖峰， 通常选用容量比较大的电解电容，如图2 - 1 0 。 l 1 jl d 1 d 2 _ - 霓耳一d 态 一 j_ l 2 z么 厂、飞八八a 二 _ 1v b u s c ；2 v d o1 d 3 d 4 t 6t8 3 、， 么 么 j 占j 1 图2 - 1 0 且流獭出滤、圾电跆不葸图 设平波电容c ，的电容值为c ，电容两端的电压值即直流输出电压为，逆变器调制 波的调制比为肌2 老，输出并网电流峰值为l ，逆变器功率尸。根据公式矿= 罢，可得 电容两端的电压变化眨，有 _ ：盟：m l o ( 2 7 ) 。 cw c 浙江大学硕| 上学位论文一种并网逆变器控制策略的研究 设计电容两端允许电压波动量不大于5 ，则有 a y c 5 所以，平波电容的容值 c 二三_ - = 7 9 6 p f ，p j 乙。w 电路中取电解电容4 7 5 , u f 4 5 0 v 二个并联。 2 3 2 5交流滤波器的设计 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 滤波器的设计与调制方式有着密切关系。目前广泛采用正弦脉宽调制( s p l j | m ) 技术 来作为逆变器的调制信号。p w m 技术是一种周期化的调制技术，正弦化的p 1 】| m 技术具有 响应速度较快，输出谐波控制简单等特点，是目前高频并网逆变器中普遍使用的一种调 制信号。考虑到输出电感的容量，谐波的抑制等方面的因素，本文高频逆变器使用单极 性s p w m 调制方式，开关频率为5 0 k h z 。 对于并网逆变器，交流侧输出滤波器的参数设计非常重要n 明 2 副。滤波器的参数选取 会影响到控制环的动、静态响应，而且还会制约系统的功耗、输出功率等等。其具体的 作用有以下几个方面： 首先，逆变桥臂输出的电压为高频p w m 波，经过滤波器后，可以滤除并网电压中的 高次谐波，保证基波的输出，确保并网电流的功率因数为1 ，降低失真度。 其次，隔离逆变器输出电压和电网电压。通过设计滤波器的参数，实现控制输出电 压的幅值和输出电流的频率和相位，以达到电网并网的要求。 再次，向电网输送超前或滞后的无功功率进行补偿。 传统的并网逆变器有单电感( l ) 滤波，电感一电容( l c ) 滤波和电感一电容一电感( l c l ) 滤波，和新近提出的带有尖峰抑制作用的电感电容串电阻( l c r ) 滤波器等 3 2 。本电路选 取典型交流l c 滤波电路，电感l ，电容c ，线路阻抗为r ，滤波器结构如图2 - 1 l 。l c 滤 波器可以进行谐波补偿，包括补偿无功功率。它结构简单，易于实现。 e f 一竺= 竺粕麴砜嘲愀吼瑚毗嘲频率 篡：= 黧兰聊磅豁懒概蝴蹴i 三 两端电压示意图如图2 一1 2 所示。 。“叫剀扎脉硎i 愿汲电感 手 缀 ip + e 一 叮 上 v 口 o f 2 1 一 一乃 喃。图2 一1 2 滤波电感两端电压示意图 黼谢礁髓精蜘蝴妯茹懒为 呼分挚挑，= 字城，：警亿 雌舸崤乩觏= o 盹蝴懒嗽蝴讥乏嘞下式谶 电感电流有效值为： 业蛳= 尝茜 ( 2 11 ) 浙江大学硕士学位论文一种并嘲逆变器控制策略的研究 l 2 毒 ( 2 1 2 ) 电感电流最大值为： 一= 皿 ( 2 1 3 ) 设计最大电流脉动他一为电感电流最大值的2 0 。根据满载时滤波电感的纹波电流 确定滤波电感量的值，已知电感的纹波电流计算公式为： 2 蘅瓦e 瓦2 3 1 l i n k - ( 2 1 4 ) l = 一2 j 厶l q ， 2 他一z 2 ) 输出电容设计 设计电容上无功电流七为电感电流的1 5 ，则有： t = o 1 5 x l o ( 2 1 5 ) 并且 q 2 丽1 丽c 2 1 6 ) 。 圪2 万彳 所以可得 q = 9 8 6 5 , u f 通常情况下，l c 滤波器的转擗5 0 0 = 1 0 f , z o 1 f = 5 0 0 0 5 。 = 瓦1 丽= 9 。8 5 恐 5 。0 0 ( 2 1 7 ) 滤波电容可以采用二个4 7 5 f 6 3 0 v 的c b b 电容并联。 2 4 本章小结 本章按照工频并网逆变器和高频并网逆变器进行分类，并分别介绍了其典型拓扑结 构。通过分析比较各种逆变器拓扑结构，选择了含有高频链的二级功率电路作为本实验 的主电路拓扑，结构如下图所示。 浙江人学硕士学位论文 第_ 章光伏并嘲逆变器主电路研究和分析 d l一眨 一d耳一e 蒜巡 ：b zz - _ - j 1 一j q ：i 厶 i 善 _ - 丕 j (一( - d ! 生 一 z王z 图2 - 1 3 并网逆变系统结构图 e 介绍了该单相间接高频链结构的并网逆变器的结构和工作过程。基于并网系统的性 能指标，详细的介绍了直流母线电压的选择，主开关管的选择，高频变压器的设计，直 流侧滤波器和交流侧并网滤波器的设计方法。 参考文献 1 j m g u e r r e r o ，l g v i c u n a ，j m a t a s ，m c a s t i l l aa n dj m i r e t aw i r e l e s sc o n t r o l l e r t oe n h a n c ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo fp a r a l l e li n v e r t e r si nd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m s i e e et r a n s p o w e re l e c t r o n ，2 0 0 4 ，1 9 ( 5 ) ：1 2 0 5 - 1 2 1 3 2 s h i g u ol u o ，z h i h o n gy e ，r e y l e e ，f r e dc l e e ac l a s s i f i c a t i o na n de v a l u a t i o no f p a r a ll e li n gm e t h o df o rp o w e rs u p p l ym o d u l e s i np r o c i e e ep o w e re l e c t r o n s p e c c o n f ， 1 9 9 9 ：9 0 1 - 9 0 7 3 k s i r e ，c q l e e ，t f w u c u r r e n td i s t r i b u t i o nc o n t r o lf o rp a r a l l e lc o n n e c t e d c o n v e r t e r ：p a r t1 i e e et r a n s a e r o s p a c ea n de l e c t r o n i cs y s t e m s ，1 9 9 2 ，2 8 ( 3 ) ：8 2 9 8 4 0 4 j o h ns g l a s e r ，a r t h e rf w i t u l s k i o u t p u tp l a n ea n a l y s i so fl o a d s h a r i n g i n m u l t i p l e - m o d u l ec o n v e r t e rs y s t e m s i e e et r a n s p o w e re l e c t r o n ，1 9 9 4 ，9 ( 1 ) ：4 3 5 0 5 r l s t e i g e r w a l de ta 1 a “c o m p a r i s o no fh i g h f r e q u e n c yl i n ks c h e m e sf o ri n t e r f a c i n g ad cs o u r c et oau t i l i t yg r i d ”，i e e ei a s ，1 9 8 2 6 m u s t a p h ar o a u ，a v e r a g ec u r r e n tm o d ec o n t r o lo fav o l t a g es o u r c ei n v e r t e r ，j o u r n a lo f e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 5 5 ( 3 - 4 ) 7 h y w u ，d l i n ，d z h a n g ，k y a o ，a n dj z h a n g ac u r r e n t - m o d ec o n t r o lt e c h n i q u ew i t h i n s t a n t a n e o u si n d u c t o r - c u r r e n tf e e d b a c kf o ru p si n v e r t e r i e e ea p p li e dp o w e r e 1 e c t r o n i c sc o n f e r e n c e ，1 9 9 9 ：9 5 1 9 5 7 浙江大学硕上学位论文种并网逆变器控制策略的研究 8 j c h o i ，a n db k i m i m p r o v e dd i g it a lc o n t r o ls c h e m eo ft h r e ep h a s eu p si n v e r t e ru s i n g d o u b l ec o n t r o ls t r a t e g y i e e ea p p li e dp o w e re l e c t r o n i c sc o n f e r e n c e ，1 9 9 7 ：8 2 0 - 8 2 4 9 h o n g x i nj u ，m i n gd i n g ，j i a n h u is u ，y a nd u ，a n dl i u c h e nc h a n g c o n u n u n i c a t i o n l e s sp a r a l l e l i n v e r t e r sb a s e do ni n d u c t o rc u r r e n tf e e d b a c kc o n t r 0 1 i e e ea p p l i e dp o w e re l e c t r o n i c s c o n f e r e n c e ，2 0 0 7 ：1 3 8 5 - 1 3 8 9 1 0 林渭勋，现代电力电子电路，浙江大学出版社，2 0 0 2 1 1 j o s e pm g u e r r e r o ，l i j u nh a n g ，a n dj a v i e ru c e d a c o n t r o lo fd i s t r i b u t e du n i n t e r r u p t i b l e p o w e rs u p p l ys y s t e m s i e e et r a n s i n d e l e c t r o n ，2 0 0 8 ，5 5 ( 8 ) ：2 8 4 5 - 2 8 5 9 1 2 程浩忠，电力系统无功与电压稳定性，2 0 0 4 1 3 f a n gz p e n ga n dj i h - s h e n gl a i g e n e r a l i z e di n s t a n t a n e o u sr e a c t i v ep o w e rt h e o r yf o r t h r e e p h a s ep o w e rs y s t e m s i e e et r a n s i n s t r u m e n t a t i o na n dm e a s u r e m e n t ，1 9 9 6 ，4 5 ( 1 ) ： 2 9 3 - 2 9 7 1 4 刘金云，三相应急电源系统研究。浙江大学硕士学位论文，2 0 0 6 1 5 张占松、蔡宣三，“开关电源的原理与设计”，电子工业出版社，2 0 0 2 1 6 s h u i t a oy a n g ，x i n p i n gd i n g ，j i n y u nl i u ，a n dz h a o m i n gq i a n a n a l y s i sa n dd e s i g no fa c o s t e f f e c t i v ev o l t a g ef e e d b a c kc o n t r o l s t r a t e g y f o re p si n v e r t e r s i e e ep o w e r e l e c t r o n i c ss p e c i a l i s t sc o n f e r e n c e ，2 0 0 7 ：4 7 7 - 4 8 2 1 7 l i s e r r e ，m ，d e l la q u i l a ，a ；b l a a b j e r g ，f ：s t a b i l i t yi m p r o v e m e n t so fa nl c l f i l t e rb a s e d t h r e e p h a s ea c t i v er e c t i f i e r ，p o w e re l e c t r o n i c ss p e c i a l i s t sc o n f e r e n c e ，2 0 0 2 p e s c 0 2 2 0 0 2i e e e3 3 r da n n u a l ，v 0 1 3 ，2 3 2 7 j u n e2 0 0 2p a g e ：11 9 5 1 2 0 1 1 8 沈玉梁，苏建徽，赵为，余世杰，“不可调度式单相光伏并网装置的平波电容容量的选择”， 太阳能学报，2 0 0 3 ( 5 ) ：6 5 5 - 6 5 8 1 9 周双喜，电力系统电雎稳定性及其控制，2 0 0 4 2 0 g u p t a ，p b d ：d e s i g na n dd e v e l o p m e n to fc o n t r o l l a b l ef i l t e rb a n k sf o rh a r m o n i c c u r r e n ts u p p r e s s i o no nt h ea cs i d eo ft h ec o n v e r t e r so fi ) ct r a n s m i s s i o nl i n e s 。a c e 9 0 p r o c e e d i n g s o f x v a n n u a lc o n v e n t i o na n de x h i b i t i o no ft h ei e e ei n i n d i a ，j a n 2 2 2 5 ，1 9 9 0p a g e ( s ) ：5 0 5 4 2 1 徐德鸿，电力电子系统建模及控制，机械工q p 出版社，2 0 0 5 2 2 e r i k at w i n i n g ，g r i dc u r r e n tr e g u l a t i o no fat h r e e - p h a s ev o l t a g es o u r c ei n v e r t e rw i t h a nl c li np u tf i l t e r ，i e e et r a n s a c t i o n so np o w e re l e c t r o n i c s ，v 0 1 1 8 ，n o 3 ，姒y2 0 0 3 浙江大学硕上学位论文第一章光伏并网逆变器t 电路研究和分析 2 3 m a r c ol i s e r r e ，d e s i g na n dc o n t r o lo fl c l f i l t e rb a s e dt h r e e - p h a s ea c t i v er e c t i f i e r ， i e e e2 0 0 1 2 4 w a n gt c y y ez h i h o n g ，g a u t a n ms i n h a ，e ta 1 o u t p u tf i l t e rd e s i g n f o ra g r i d i n t e r c o n n e c tt h r e e p h a s ei n v e r t e r i e e ep e s c ，2 0 0 3 ：7 7 9 7 8 4 3 1 浙江大学硕上学位论文一种并网逆变器控制策略的研究 第3 章光伏并网逆变器的控制策略的研究 3 1光伏并网逆变器的控制目的 光伏并网系统可以将太阳能光伏电池的直流能量转化为交流电能，向电网输送能量。 光伏并网逆变器的控制目的就是使逆变系统输出电流的成为高质量的与电网电压同频同 相的正弦交流电。于是，并网运行的逆变器通常选用电感电流作为控制对象，来直接控制 功率输出。其实，也可以通过控制逆变器输出电压来间接控制输出电流，实现并网要求 3 2光伏并网逆变器控制技术简介 传统的并网输出控制模式分为电压型控制和电流型控制二种。电压型控制模式是采用 并网输出电压作为受控量，来确保输出与电网同频同相的电压信号。电压型控制其实是一 种间接电流控制，它基于稳态电流给定与p w m 基波电压的幅值和相位，来进行闭环控制， 从而通过s p w m 电压控制来实现对输出并网电流的控制，如图3 - 1 所示。电流型控制是以 输出电感电流为受控目标。设定稳态电流基准，再引入交流电流形成闭环反馈系统，使其 跟踪指令电流值。系统输出电流与电网电压同频同相，整个系统看作为一个受控电流源， 如图3 - 2 。这是一种直接电流控制方法，控制方式相比电压型控制要比较简单，动态响应 速度也比较快，是目前普遍采用的控制方法。 l g 过零点 i g 相位 图3 - 1 电压型控制 旦坐回 ii 衙 圆spwmf鹊-i：l i 波较i 与三角 s p w m 佰芎 波比较 图3 - 2 电流型控制 如果逆变器输出的电压或电流如果含有大量的谐波，不仅会造成功率因数降低，效率 3 2 4 一 ， f 一 团 竺 酊 g i 翌 浙江人学硕士学位论文 第i 章光伏并网逆变器控制策略的研究 降低，而且还会造成自身工作失调严重者对电网造成危害。为了减少逆变系统交流侧输出 电压电流的波形畸变，对谐波抑制和功率因素校正可以采取设置补偿装置的方法。补偿的 目的主要是对有功功率和无功功率进行调节。因为大多数元件消耗无功功率，所以，输送 的无功功率必需从网络中某部分中产生来补偿。无功补偿的作用主要有： ( 1 ) 提高系统的功率因数，减少功率损耗。 ( 2 )稳定送电端电压，提高并网供电质量。 ( 3 )在三相负载不平衡的状态下，通过无功功率补偿的方法可以较好的平衡三相的有 功和无功负载。 无功功率的补偿方式可以通过有源滤波器u ，静止无功发生器及混合式滤波器等，这 种办法成本较高，通常用于大容量电网。另一方面，可以通过改进和加强逆变器自身的电 路构造和控制方法来抑制谐波。通常的办法就是利用脉宽调制信号，能将谐波分量控制在 开关频率及其倍频数为中心的周围，可以设计输出滤波器的截止频率为开关频率的 1 5 1 1 0 来滤除大部分谐波，输出基波正弦波形。但是由于死区效应、直流偏磁和非线 性负载等因素，会使影响逆变器输出的扰动的频率多种多样。为了很好的改善波形的质量， 近年来，国内外学者进行了大量的研究，提出了一系列改进的控制方式，如p i d 控制，双 环控制，无差拍控制，滞环控制，重复控制等。 一般的控制策略是：并网运行时，采用电流型控制模式，直接控制输出电流与并网电 流同频同相；独立运行时，通常采用电压型控制。通常为了得到更好的瞬态响应和稳定性， 在电压环控制的基础上可以添加一个电流内环，这样的控制方式，可以加快瞬态响应速度， 提高系统的稳定性，同时也可应用于逆变器的并网模式和独立运行模式旧1 j 。系统的控制 框图图3 - 3 所示。 图3 3 逆变器传统双环控制框图 祈口a 学颤学位论文 种并嘲逆变嚣控制晕略的日究 32 1正弦脉宽调制逆变技术 逆变系统将可再生能源产生的直流电能变成频率相位都符合要求的电能馈送电网波 形畸变和谐波的抑制是很重要的一个问题。另外，电网相当于一个扰动量，而并网时要求 输出电流基本不受电网的影响，保持输出以高