【多电平电流源型光伏逆变器及其并网控制策略分析5500字】

多电平电流源型光伏逆变器及其并网控制策略分析目录TOC\o"1-3"\h\u20916多电平电流源型光伏逆变器及其并网控制策略分析 1251121.1多电平电流源型光伏逆变器设备的运行机理以及电路结构 1204081.1.1电路结构形式 1251851.1.2多电平电流源型光伏逆变器设备的运行机理 2122851.2并网控制的基本方式 4117301.2.1逆变器设备的基本模型 4230421.2.2光伏逆变器设备功率最大值参数分析 659701.2.3光伏并网控制策略 9166261.3多电平电流源型光伏逆变器并网仿真 10270911.1.1模拟仿真光伏逆变器的最大功率跟踪 11242231.1.2网侧电流电压波形（处于电网对称状态） 12204491.1.3逆变器网侧电流谐波分析 12295341.4小结 121.1多电平电流源型光伏逆变器设备的运行机理以及电路结构1.1.1电路结构形式接下来对于逆变器的拓扑结构进行分析，逆变器，也就是我们常见的FLCR-CSC，其电路结构是基于十二脉波变换器设备的电路作为支撑，后续在这个基础上加入来电路，通过这种方式来保证其中网侧电流波形输出的情况尽可能的和正弦波保持一致，通过这种方式可以让其中包含的谐波有效减少。其电路结构形式可以见图3-1。图3-1光伏逆变器设备的电路结构形式（多电平电流源型）Fig.3-1Circuitstructureofphotovoltaicinverterequipment(multilevelcurrentsourcetype)通过上图的结构可以发现，其结构包括了两组七电平电流注入式电流源型变换器，并且是处于上下布置的[29]。此外，在开关器件的选择上，选取了GTO作为核心组件，对于直流侧谐波注入电路以及三相全桥电路的正常运行能够起到很好的支撑作用。GTO对于电路的可靠性具有重要作用，尤其是电流单向流动特征以及双向电压阻断特征是其他组件所不具备的。1.1.2多电平电流源型光伏逆变器设备的运行机理通过对于图中的电路形式进行分析可以发现，其主要的组成部分包括了两组SLCR-CSC桥组，并且是按照上下的方式设置的。上端的组件，其主要运行机理同前文所述，通过相关的调整，使得到的注入电流波形更加逼近理想化波形形式[30]。下端的SLCR-CSC桥组，其主要运行机理和上端的也基本一致，只是在谐波注入电路方面存在一定的不同。如果想要详细了解其中七电电平将注入电路可以参考图3-2，通过图中的信息可以得到其内部的开关组件的运行工况。图3-2七电平注入电路的触发脉冲波形分布情况Fig.3-2Waveformdistributionoftriggerpulseinsevenlevelinjectioncircuit在SLCR-CSC中，其内部的两组桥组是处于上下结构的，并且各自处于独立的状态，这就需要两组桥组的电路触发角需要分别进行管理和控制。如果两组桥组发生了一定的变化，并且随着变化的进行，得到了多种组合，这样就会影响到并网逆变器的电流相位、幅值以及输出的无功、有功，因此需要引起重视。这两组桥组的交流侧，其内部的电流在经过了一系列的矢量叠加处理之后，就会得到网侧电流。本文利用图3-1和图3-3，表示其电路的结构形式以及等效模型。图3-3等效模型结构形式图Fig.3-3Equivalentmodelstructurediagram实际上，对于上图的内容分析可以发现，上下两组桥组变压器，采取了具有完全一致参数内容的、Y/Y/D联结形式的移相变压器的配置方式。LT与RT作为移相变压器设备的漏感以及损耗参数，Rs与Ls作为网侧传输线路的等效阻抗参数，Rdc与Ldc作为谐波注入电路的电抗器模块，LL、RIs=IsuIsvIIs关于Vs、Is、IT1、图3-4IT1与IT2矢量关系、变压器原边电流、IsFig.3-4IT1andIT2vectorrelation,transformerprimarysidecurrent,I上图的参数中，三相交流线电压矢量为其中的Vs，θ1、θ2、θe分别为上、下部SLCR-CSC桥组交流侧三相交流相电流矢量Vs、Is以及相电流矢量IIs此外，Isθe通过以上计算函数可以发现，各个参数之间具有十分紧密的联系的，对于系统中的相位角、相电流的求解，可以将其进行转化，变成求解θ1和θ2两个相位角的问题。为了实现对光伏逆变器的有功和无功进行自由控制，可以动态调整θ11.2并网控制的基本方式1.2.1逆变器设备的基本模型对于逆变器设备，其数学模型可以见图3-3。其中，在设备中的交流侧，所具有的电压平衡方程为：VsVs其中，Vs=VsuVsv在工频开关模式下，直流侧电流Idc与IT1和II其中ki令VE=VE1+VdIdI其中a1=RT+2Rs直流侧的电压平衡方程IdcVdcVcp交流测与直流侧的功率平衡方程Idc将（3-11）式代入（3-9）式可得dI其中C1=LTLT+2LsLDC式（3-6）-（3-10）经整理可得dIdIdIdVdI通过对于上述方程进行相应的转换，就能够得到状态方程，该方程是基于dq坐标系得到的。dIdIdVdIdI其中：Isdq=IsdIsqT，Vsdq由于有IN=IT1-IT2，故dq坐标系下有INdq=IT1dqIU=将上式代入式（3-18）、（3-19）中可得VEdq其中，G=b1I通过放射形式表征dq坐标系下的状态方程，此时有dXdt基于以上各个函数作为基础，将其整合、计算，得到如下方程dI其中：E=1-b1Idc2G对于上述的计算函数分析得到，Isdq与Idc是在1.2.2光伏逆变器设备功率最大值参数分析实际上，光伏发电系统中，其内部的光伏电池能够通过函数来表示，具体形式如下示[32]I=I在上述公式中，V代表了输出电压，I代表了输出电流参数，二极管与光生饱和电流可以用符号I0以及Iph表示；并联电阻和串联电阻可以用符号Rsh以及Rs表示；二极管的温度参数以及特征因子可以用符号T与n来表示；电子电荷可以用符号q来表示，此时，负荷参数值为1.6×10（a）I-V特征曲线（处于不同温度）（b）I-V特征曲线（处于不同光强）图3-5I-V特征曲线（光伏电池）Fig.3-5I-Vcharacteristiccurve(photovoltaiccell)对于以上图中数据进行分析可知，其中有两个关键量，一个是光伏电池温度，还有一个是光照强度，这两个数据在图中分析使用的表示方式是T以及S。通过图中的分析可以了解到两个数据之间的关系，一个是端口开路，还有一个是光照强度，从图中的比例关系来看，两者呈现正比关系，进一步分析实验得到的各项数据，基于这些数据信息可以得到图3-6，参考这个图可以得到温度以及光照强度这两个量之间的相互关系和相互影响情况。（a）P-V特征曲线（处于不同温度）（b）I-V特征曲线（处于不同温度）图3-6I-V特征曲线（光伏电池）Fig.3-6I-Vcharacteristiccurve(photovoltaiccell)对于以上图中数据进行分析可知，当处于一致的光照强度下，其中的输出功率和温度呈反比关系，下面对于扰动观察法的原理进行介绍[33]。扰动观察法中的控制步骤可以见图3-7。图3-7系统中的控制流程图（扰动观察法）Fig.3-7Controlflowchartinsystem(disturbanceobservationmethod)实际上，采取这种方法的主要机理是比较简易的，也是易于理解的，因此便于实现和理解，但这种方法也存在容易在光伏电池组件发生局部阴影时误判等缺点。其次介绍电导增量法的原理[34]。其中存在dVIdIdV如果想要了解其中dIdV和−图3-8-IV和Fig.3-8Thefunctionalrelationshipbetween-IVand实际上，光伏电池组件端口可以通过对于上图的关系得到输出电压值的范围，这样就可以使得输出电压可以最大化逼近功率最大值点，让系统能够始终运行在最大功率的状态。电导增量法可以见图3-9。图3-9控制流程图（电导增量法）Fig.3-9Controlflowchart(conductanceincrementmethod)在光伏电池中，其具有的最基本的物理特征就是I-V特性，这种方法具有比较好的稳定性、精准性，误判可能性是比较低的，所以具有比较显著的优势。基于以上分析，本论文在对系统的最大功率进行跟踪时，所采用的方法就是点到增量发。1.2.3光伏并网控制策略通过前文对于逆变器设备的数学模型的研究能够发现，多电平电流源型光伏逆变器设备，实际上是一种非线性系统，并且为多输入多输出的强耦合状态的。PQ控制策略对逆变器控制的实现，是通过对逆变器的输出功率等进行追踪，并据此修改它的有功和无功电流来完成的。图3-10为该策略的总体框图。图3-10光伏并网逆变控制结构图Fig.3-10Controlstructurediagramofphotovoltaicgridconnectedinverter在图3-10的结构图中可以得到，Isd与Isq、Isdref与Isqref、经过电流控制环节计算得到Usdref和Usqref。将得到的实际上，还能够发现功率控制模块被应用到了图3-10中，是将Pref和Qref解耦得到参考值Isdref其中Usa、Usb、UUsaTabc-dq将网侧电压Usa、Usb、Usc进行abc-dq变换得到UUsd在上式的基础上，作一定的变换处理，就能使得网侧电压Usa、Usb、Usc处于相互耦合的状态，转变为了无耦合关系的Usd和UsqPref由于UsqIsdref1.3多电平电流源型光伏逆变器并网仿真为了更好地进行七电平电流源型光伏逆变器设备的数学模型、运行机理、运行特征以及控制策略的有效验证，本文对于模拟仿真的参数以及原理进行了介绍。具体参数选择如下：其中的网侧线电压大小使用的是一万伏，其中设置的变比数据是10:0.3:0.33，其中还需要确定变压器容量，这个数据选择使用1.1.1模拟仿真光伏逆变器的最大功率跟踪对于图3-11的波形分析可知，其温度基本维持在25°C的状态，通过利用电导增量法的方式来调整光照强度，从而得到最大功率跟踪的相应波形。图3-11有功跟踪图（处于变光强的情况下）Fig.3-11Activepowertrackingdiagram(inthecaseofvariablelightintensity)在上图的各个参数中，逆变器输出有功采用了符号Pm，光伏电池组件的输出功率采用了符号Pdc。在该过程中，要确保具备恒定的1000Wm2光照强度，当时长为4秒时，转变成600Wm2的光照强度，再随着时长经过1秒，此时的光照强度转变成800当持续保持1000Wm图3-12有功跟踪图（处于变温度的状态下）Fig.3-12Activepowertrackingdiagram(inthestateofvariabletemperature)在上图的各个参数中，逆变器输出有功采用了符号Pm，光伏电池组件的输出功率采用了符号Pdc。在该过程中，要确保具备恒定的25°C的温度值，当时长为4秒时，转变成45°C的温度值，再随着时长经过1秒，此时的温度值转变成65°C。对于图3-12分析可知，在温度为25°C时，光伏阵列输出功率和逆变器输出功率均在额定值0.7MVA附近，当温度升高到45°C时，从实际结果来看其中的输出功率以及逆变器的输出功率都有所下降，但是参数值减少的比例不明显，当温度参数逐渐增加至65°C，逆变器输出功率以及光伏阵列输出功率的降幅相比于前者更大。从以上分析的结果能够得到，当系统处于变化状态的温度值时，光伏逆变器的输出功率具有比较理想的光伏电池组件的输出功率1.1.2网侧电流电压波形（处于电网对称状态）当电力系统处于电网对称的状态时，网侧A、B、C电流以及三相电压波形见图3-13。图3-13电力系统中的网侧三相电流电压波形Fig.3-13Threephasecurrentandvoltagewaveformsofgridsideinpowersystem对于上图内容分析可以发现，在电力系统处于持续稳定的运行状态的情况下，网侧电流与电压的相位是基本相同的，也就是说，有效实现了单位功率因数并网的目标。通常情况下，并网电流是按照一种多电平的方式来更加贴合正弦波的波形，并且是按照72阶梯脉动的形式出现于单个周期中，这种方式实际上比上文提出的FLCR-CSC的网侧电流波形，具有更好的效果，和正弦波的波形更加逼近。1.1.3逆变器网侧电流谐波分析在电力系统中，网侧A相电流参数所具备的频谱状态，可以见图3-14。图3-14