具有有源滤波功能的光伏并网逆变器控制策略研究

摘要

当今世界能源危机和环境问题日益凸显,寻求可再生绿色能源并对其开发利用已经成为世界各国的重大能源决策。太阳能以其取用不竭以及绿色安全等特点进入人们的视野。光伏并网发电作为太阳能利用的重要形式,对缓解能源危机、减少环境污染具有重要意义。同时,随着社会进步和工业发展,大量非线性负载接入电网,产生了大量谐波无功电流,使电能质量下降。
　　本文通过对光伏并网发电系统和有源电力滤波器在工作原理、电路结构以及控制方式等方面的对比分析,研究了两者的统一控制。将光伏并网发电功能和谐波无功补偿功能相结合,统一后的系统有单独光伏并网、单独有源滤波和同时实现此两种功能的三种工作模式,在改善电网电能质量的同时,减少了设备投资成本,提高了光伏并网系统的装置利用率。
　　在基于瞬时无功功率理论的电流检测法的基础上,合成了统一系统中的并网指令电流信号,考虑到系统额定容量不足的情况,提出了一种容量限制策略,从而保证系统工作在额定范围内。分析了LCL滤波电路并建立其数学模型,通过三维图形着重探讨了滤波器参数之间的相互影响,以及参数与滤波器谐振频率、滤波效果之间的关系。分别分析了在光伏并网和有源滤波情况下LCL滤波器参数的设计方法,并在此基础上总结出了在统一系统中滤波器参数的设计方法,从光伏有功基波电流、谐波补偿电流变化率、电流控制器带宽等方面考虑,将LCL滤波器应用于统一系统中。对滤波器的阻尼策略进行了分析。
　　采用电压外环电流内环的双环控制策略。针对传统的比例积分调节器在跟踪正弦信号时会出现稳态误差,影响并网功率因数等问题,电流内环采用准比例谐振(Quasi-proportional resonance,QPR)控制和重复控制并联的复合控制方法, QPR控制保证系统稳定,实现无差跟踪参考信号,同时弥补了重复控制周期延时的缺陷;重复控制则对电网电压引起的谐波进行抑制,弥补了QPR控制对谐波抑制能力有限的不足。电压外环采用具有低通滤波功能的PI调节器来稳定直流侧电容电压,给定内环参考信号。
　　最后,在Matlab/Simulink环境中,对统一系统所涉及的理论方法进行仿真,结果表明该系统结构、参数选择和控制策略的正确性和有效性。