具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现

光伏并网控制系统输送到电网的功率随着光照强度、环境温度以及光伏阵列输出电压的不同而变化,控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地向电网输出最大功率非常必要。该文提出了基于同步旋转坐标变换实现光伏阵列最大功率跟踪与电流控制的电压源型逆变器相结合的三相光伏并网控制系统,该系统主要包括光伏阵列、直流母排电容、电压源型逆变器、滤波电感、数字信号控制器与电网。提出的改进最大功率跟踪方法,根据光伏阵列dP/dU-U的特性曲线,利用Newton-Raphson方法快速计算光伏阵列输出功率对电压的微分值,由此进一步形成光伏阵列工作在最大功率点的参考电压值。整个控制系统为双环控制,外环为电压控制环,利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率工作点;内环为电流控制环,利用2个PI调节器分别对d-q轴电流进行解耦控制,使逆变器输出电流与参考电流一致。根据所提出的控制算法,研制了一台三相光伏并网系统原理性样机,仿真与实验结果一致,系统具有良好的动稳态性能,说明了所提出的控制方案是非常有效的。     

光伏并网逆变器控制方法研究

随着技术日新月异的进步,光伏发电技术将成为最具发展前景的发电技术之一。光伏并网逆变技术可以采用电压型PWM整流器的拓扑结构,这种拓扑结构能够实现单位功率因数和降低网侧谐波等优点。光伏并网系统受光照强度和环境温度的影响比较大,如果使光伏阵列一直工作在最大功率点,则光伏阵列能量利用率将会达到最大。因此,最大功率点跟踪(MPPT)技术是光伏发电技术的必备关键技术。研究了带有MPPT技术的基于同步旋转坐标系VSR的三相光伏并网逆变控制方法。整体系统控制采用电压外环和电流内环的双闭环控制系统。一方面控制电压工作于最大功率点,另一方面控制电流跟踪于参考电流。根据该方法试制了系列化光伏并网逆变器样机,试验结果表明,该系统具有较好的稳态和动态性能,验证了该方案的有效性。     

三相光伏并网逆变器控制策略

在三相光伏并网逆变应用中,如何改善并网电流质量是备受关注的问题。采用LCL滤波器并网虽然提高了滤波效果,减小了滤波器体积,但是控制变得复杂。结合现有控制方法,本文提出了在dq同步旋转坐标系下带有电网电压前馈的比例积分(PI)级联比例谐振(PR)控制思路。建立了dq系下的三相逆变器模型,进行了控制器的分析推导,采用电压前馈改善了并网接入时的动态特性,通过PI实现了并网电流的无静差跟踪控制,级联PR实现了对特定谐波分量的有效抑制。最后,进行了仿真及在实际100kW光伏阵列下的并网逆变测试,实验结果表明该控制方案可以实现并网电流的平滑起动,能有效地降低并网电流的谐波含量。     

三相级联型光伏并网逆变器漏电流抑制研究

针对级联型光伏并网逆变器,首先建立了传统三相级联H4光伏并网逆变器拓扑的系统共模模型,分析了系统漏电流、系统共模电压、差模电压三者之间的关系,揭示了传统三相级联H4光伏并网逆变器无法抑制漏电流的原因。提出了一种新型三相级联H5光伏并网逆变器拓扑及其调制策略,有效地抑制了系统漏电流。最后,与三相级联H4光伏并网逆变器拓扑进行了性能对比研究,结果验证了所提方案的有效性。     

采用最大功率点跟踪的光伏并网逆变器研究

针对光伏阵列的特点，提出了基于并网电流的最大功率跟踪(MPPT）光伏阵列并网方案，采用电网电压前馈和电流跟踪技术，建立了相关的控制模型，实现了网侧电流正弦化和单位功率因数。     

分布式屋顶光伏接入下并网功率平衡控制方法

由于逆变器间电流的有效值相差较大,传统的分布式屋顶光伏接入下并网容易出现失衡问题。提出一种分布式屋顶光伏接入下并网功率平衡控制方法。根据分布式屋顶光伏接入并网原理,建立分布式屋顶光伏接入并网结构模型,确定光伏阵列和逆变器的数学模型;采用矢量图表达分布式屋顶光伏接入并网功率平衡变化,确定并网零序电压与逆变器三相输出电压之间的矢量关系;计算逆变器三相额定功率、三相功率误差及零序分量的幅值和相位,设计零序分量叠加的逆变器相间功率控制框图,使逆变器相间功率平衡。确定仿真参数,设置实验工况条件,仿真控制结果：在并网功率失衡不严重的工况1条件下,该文研究方法的电流有效值相差±0.01 A,小于其他2种对比方法;在并网功率失衡严重的工况2条件下,该文研究方法的电流有效值相差±0.02 A,远小于其他2种对比方法。说明该文方法的控制性能优于其他2种对比方法,具有较大的应用价值。     

300kW光伏并网系统优化控制与稳定性分析

本文基于系统精确建模进行了300kW的光伏并网系统优化控制设计与稳定性分析,应用三相二电平电流控制电压源型的SVPWM逆变器以及LCL滤波器作为光伏阵列与电网之间的接口,具有前馈补偿的同步矢量电流PI控制器对三相光伏并网系统公共点的并网电流实现闭环控制,能够平滑快速地实现文中提出的光伏阵列最大功率点跟踪算法,同时使并网电能质量符合IEEEStd929—2000标准。仿真结果与实验结果验证了所提算法的有效性,充分表明了所提出的控制系统具有良好的动态与稳态性能。     

NPC型三电平光伏并网逆变器模型预测控制

为了提高两级式NPC型三电平光伏并网逆变器系统的动态响应、降低并网电流谐波畸变率,采用模型预测控制的理论,提出了一种改进型的可优化集模型预测控制策略。利用变步长观测法得到直流侧母线参考电压,并与boost电路输出电压(即逆变器直流侧电压Udc)可获得光伏并网的有功给定值分量idref。考虑到传统模型预测控制计算量大等问题,并建立了dq旋转坐标系下的电压参考值;同时构造出可优化的性能代价目标函数。仿真结果表明:该方法能够保证光伏并网系统可靠平稳运行;并且不仅能够快速追踪光伏阵列的最大功率点,而且具有较小的电网电压波形和三相电流总谐波失真值;同时降低了模型预测控制策略的计算量。     

基于准Z源的多电平光伏并网控制系统研究

为了克服组串式光伏系统在部分遮挡条件下无法向外输出最大功率的问题,以准Z源逆变器为光伏逆变的基础拓扑,用模块化级联式多电平光伏逆变器结构,构建了一套可实现模块级最大功率点跟踪的光伏并网系统。与传统DC—DC级联DC—AC的光伏逆变器结构相比具有有源器件少、能量转换级数低、可靠性高等优点。文中阐述了基于准Z源逆变器的级联式多电平光伏并网系统的工作原理,并给出闭环控制策略,提出采用功率电流双闭环结构实现准Z源多电平逆变器并网控制,通过功率控制环保证准Z源网络直流侧电压恒定,电流控制环用于控制入网电流波形,减小并网谐波电流,提升并网质量。仿真结果验证了所述控制方法的有效性。     

三相单级光伏并网系统对配电网侧负荷建模的影响

基于MATLAB/Simulink建立了三相单级光伏并网系统的动态模型,研究了其外特性,指出含有三相单级光伏并网系统的广义负荷模型结构,只需在传统的综合负荷模型结构的虚拟母线上增加一个有功随电压变化的有功功率源.待辨识参数需要增加光伏阵列的3个特性参数、与光伏阵列并联的电容器的电容值、光伏发电相对纯负荷的比例以及电压控...     

不对称电网故障下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制

级联型并网逆变器在大容量光伏并网中具有较好的应用前景,有利于解决光伏阵列间的光照不均匀造成的发电效率低的问题。研究了在不对称电网故障条件下级联型光伏并网逆变器的低电压穿越控制策略。首先分析了在不对称电网故障条件下网侧电压的数学模型,总结出不同故障条件下三相网侧电压幅值与相位之间的规律。基于上述规律分析了不同故障条件下级联型光伏并网逆变器的控制方法,并提出了基于旁路原理的低电压穿越控制策略。最后建立了级联型光伏并网逆变器低电压穿越控制策略的仿真模型。通过算例仿真,验证了控制策略设计的正确性和有效性。     

光伏电源利用直流-同步电机并网控制方法的研究

针对光伏并网逆变器存在故障率高、谐波含量大、控制复杂等问题,提出一种实用的光伏电源利用直流-同步电机并网的方案。该光伏并网系统中光伏电源为直流电机供电,直流电机带动同步电机同轴旋转,实现直流与交流电能之间的转换。并网控制系统包括光伏阵列最大功率跟踪控制、电机转速控制和同步电机端电压控制,当自动装置检测和判断同步电机满足并网条件时合闸并网。光伏系统并网后,同步电机的输出功率跟随光伏阵列输出功率的变化而变化。MATLAB/Simulink仿真验证了该并网方案的可行性,该方案得到的并网电压、电流波形质量好,能够同时向电网提供有功和无功功率,有利于改善电网功率因数。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统EI北大核心CSCD

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

单相级联多电平光伏并网逆变器控制策略综述

级联多电平逆变器不仅能够实现各级光伏阵列的最大功率点跟踪,提高光伏利用率,而且具有系统开关损耗小、能量变换效率高以及并网电流谐波含量低等优势,在大规模光伏并网系统研究和工程应用领域备受青睐。综述了近年来级联多电平光伏并网逆变器控制策略的研究成果,依据各个级联单元的调制比配置方式不同,将变换器的功率平衡控制策略分成了三类,在分析各类控制原理和特点基础上,推导出了系统功率平衡控制策略的约束条件公式,进而指出了级联多电平光伏并网逆变器拓扑结构和控制策略的改进方法。     

重复控制三相电压型准Z源光伏并网逆变系统

为提高准Z源逆变器的升压能力和并网电流质量,提出了一种采用重复控制的强升压能力的单级三相电压型准Z源光伏并网逆变系统,并对这种逆变系统的电路拓扑、改进的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制策略、离散控制系统的稳定性和调制器设计进行了分析。该系统电路拓扑是由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变桥和三相LCL滤波器构成;改进的SVPWM控制策略包括光伏阵列最大功率点跟踪控制和储能电容电压外环、并网电流内环控制,其中并网电流内环采用逆变器侧电流反馈控制策略,且融入了电网电压比例前馈、重复控制和PI串联的嵌入式复合控制来提高并网电流质量。实验结果证实了所提逆变系统电路拓扑、控制策略和系统设计的有效性。     

基于级联逆变器的光伏发电系统的新控制方法

针对传统光伏并网系统结构存在的问题,提出了一种新的阶梯波与电流瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器方案.该方案对一部分级联单元采取梯形波控制,一部分级联单元采取带电流瞬时值反馈的倍频移相SPWM控制,两部分串联叠加形成输出电压,并对逆变器输出电压进行了谐波分析.针对阶梯波调制逆变器的触发角提出了一种简易算法,该算法适...     

具备同步电机特性的级联型光伏发电系统

为了提高光伏发电系统的整体效率和并网友好性,提出了一种具备同步电机特性的级联型光伏发电系统,光伏阵列和储能单元分别接入级联型逆变器的直流端口。研究了基于虚拟电机控制的并网控制策略,能兼顾光伏效率和系统同步电机特性。直流端口电压的独立控制实现了各光伏阵列独立的最大功率点跟踪;整体功率协调控制使储能作为功率缓冲单元,保证了系统功率平衡;虚拟电机控制使系统具备同步发电机的惯性与阻尼特性,能平抑光伏随机性功率波动,并响应电网频率变化,按下垂特性调整输出功率。仿真和实验结果验证了所提系统和控制策略的正确性和有效性。     

三相光伏并网系统的滑模变结构控制

研究滑模变结构控制在三相单级光伏并网系统中的应用,设计了一种基于电压定向的滑模变结构控制器,将并网电流分解为有功和无功分量,控制有功分量为MPPT算法给定的参考值,实现最大功率跟踪,控制无功分量为零,实现单位功率因数并网。该方法将矢量控制理论与滑膜控制技术结合,增强了并网系统的鲁棒性,有效提高了系统的响应速度和并网电能质量。组建样机,进行了稳态和动态实验,示波器测试实验波形表明该方法能实现单位功率因子并网,快速跟踪光伏阵列的最大功率,且电流总谐波畸变率(THD)小于5%。     

光伏并网逆变系统无差拍预测直接功率控制方法

研究了一种光伏并网逆变系统无差拍预测直接功率控制(DPC)方法。该方法以电压源型逆变器(VSI)并网逆变系统离散预测模型为基础,分析了不同扇区中电压矢量对系统有功、无功功率的影响趋势,选取一个包含两个有效电压矢量和一个零电压矢量的3矢量序列,并给出功率无差拍跟踪时的矢量作用时间求取方法。针对系统动态过程中存在的负矢量作用时间问题,给出了有效电压矢量作用时间调整方法。最后,基于55 kW光伏发电实验样机对所提控制方法进行性能验证。实验结果表明,该方法可实现光伏并网逆变系统动、稳态性能的有效提升,保证了光伏发电系统并网接入点的电能品质。     

单相级联H桥光伏并网逆变器控制策略综述

为提高光伏发电效率以及减小其体积，分析了级联H桥拓扑结构具有开关器件应力小、输出电压质量高及滤波器体积小等优点。由于其直流侧可由一块光伏组件单独供电，可对每个光伏模块进行最大功率点跟踪，进而越来越多地运用于光伏并网系统来提高系统的发电效率。根据控制策略中功率控制方法的不同，可将级联H桥光伏并网逆变器控制策略分为功率均衡控制和功率不均衡控制。分别对两种方法及优缺点进行了介绍，并结合当今级联H桥光伏并网逆变器的不足对未来发展进行展望。