基于微型化的光伏发电系统建模与控制研究

摘要

光伏并网发电已成为国内可再生能源发展战略的重要内容,同时也是引导新能源产业发展的必由之路。随着对光伏并网逆变器研究的深入不同的算法、系统方案、拓扑结构日新月异,目的均是为了提高系统效率,可靠性、安全性、经济性,微型逆变器的研究就在在这种条件下诞生。微型逆变器的“微”体现在体积小、结构简单、功率等级低,采用高频开关技术减少变压器体积满足单PV升压的要求。
　　 由于微型逆变器特殊的拓扑结构,为了达到较高的转换效率以及较好的性能需要设计合理的补偿电路、驱动方式以及控制器。本文首先分析拓扑结构,然后建立微型并网逆变器的整体模型,通过对模型的分析提出“PI+重复控制器”的控制策略以及SPWM脉宽互补驱动,在论文的最后进行了系统各种功能的仿真研究。主要内容包括以下三个方面:
　　 对变换器建立统一的、整体的模型是对变换器进行控制和优化的基础。本文建模的步骤是先分开、分部建模,然后用受控源级联前后级,进而构建系统的整体模型。分别对光伏并网微型逆变器以及两级式并网逆变器进行了统一建模,通过整体模型,能有效的反映并网逆变器前后级的有功无功能量的交换。另外,通过对微型逆变器的整体模型可以清楚的反应出由于周波变换对直流分量带来的谐波,为设计重复控制器提供了依据。
　　 光伏并网微型逆变器的拓扑结构采用交错反激,通过一级电路实现MPPT与并网电流逆变控制。针对微型逆变器的拓扑结构,提出SPWM互补驱动。通过研究,采用互补SPWM驱动不但能提升功率,而且能有效地抑制谐波电流。针对微型逆变器功能要求,设计了双环控制结构,外环是功率控制环,MPPT提供的预测电流有效值与PLL提供的相位信息合成内环内环电流的参考量。合理的补偿器是系统性能的关键,本文对内环并网电流控制采用了插入式设计,并通过仿真研究验证PI补偿器能较好的跟踪外环电流变换。
　　 微型逆变器不可避免的存在直流分量,通过周波变换器后产生了周期性的谐波电流。由于PI补偿器对周期性谐波抑制不足,而重复控制器能有效的抑制周期性谐波,结合两者的优点,论文进行了“PI+重复控制器”的研究。