两级式单相光伏并网与有源电力滤波的统一控制

摘要

在能源枯竭和环境污染日益严重的今天,新能源与可再生能源既是重要的补充能源,又是未来能源结构的基础。近年来,太阳能光伏发电技术得到了前所未有的发展,已经成为当今利用太阳能最主要的方式之一。
　　 本文的研究对象为不可调度式的光伏并网发电系统,系统在向本地负载提供电能的同时将多余的电能输送到电网上,这种运行方式普遍受到国内外研究者的重视,是一种很有前途的分布式发电运行方式。
　　 不可调度式光伏并网发电系统由于没有蓄电池作为储能单元,在阴天或者雨天没有能量输出的时候,系统断开与电网的连接,处于闲置状态。在昼夜交替的情况下每天都会重复一次并列和解列动作,增加了系统的损耗,降低了系统寿命。在电网的末梢,特别是远离电网的偏远地区,电网中存在较为严重的无功和谐波电流,极大地降低了电网的供电质量。采用专用的有源电力滤波器,其补偿特性和效果好,但会增加额外投资,期望在不增加硬件成本的基础上就地予以补偿。
　　 针对这些问题,本文提出了一种可同时实现光伏发电和有源电力滤波双重功能的两级式单相光伏并网发电系统。本文基于瞬时无功功率理论,通过对负载进行单相谐波电流检测,分离出基波分量和谐波分量。当太阳能电池输出能量时,并网逆变器实现并网功能,并且对电网进行无功补偿和谐波抑制;而当太阳能电池无能量输出时,并网逆变器只作为有源电力滤波器进行无功补偿和谐波抑制。系统采用双闭环对逆变系统直流侧电压和并网电流进行控制。前级Boost变换器一方面提升太阳能电池输出电压等级,另一方面实现最大功率点跟踪功能。
　　 在此基础上,分析了共模电压的产生原理以及危害。本系统采用不会产生变化的共模电压的H5拓扑结构。提出了一种具有有源电力滤波和无功补偿功能的单相无变压器光伏并网发电系统。
　　 仿真和实验表明该系统能够较好的实现本文所提出的控制方案,且控制方法简单可行,系统能够稳定工作,性能良好。