小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 芳 龔鳴敏 王蓉霞

(武漢鐵路司機(jī)學(xué)校，湖北 武漢 430064)

0 引言

隨著能源短缺和環(huán)境污問題日益嚴(yán)峻，開發(fā)一種儲(chǔ)量大、無(wú)污染的新能源，已經(jīng)成為世界各國(guó)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭、無(wú)處不在、無(wú)需運(yùn)輸，可再生并且清潔環(huán)保，最重要的是絕對(duì)沒有任何國(guó)家可以實(shí)施壟斷和控制，因此使得人類廣泛的應(yīng)用[1]。

本文研究和設(shè)計(jì)光的伏并網(wǎng)逆變器以最大限度利用太陽(yáng)能并將高質(zhì)量電能并入電網(wǎng)作為主要目標(biāo)，根據(jù)小型民用并網(wǎng)單相逆變器的特點(diǎn)，我們采用的并網(wǎng)逆變器為Boost升壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即由DC/DC直流斬波器和DC/AC逆變器兩部分組成。DC/DC直流斬波器采用BOOST升壓電路，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且控制方便。DC/AC逆變器采用電壓型單相全橋逆變器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)能將直流電轉(zhuǎn)換成220V/50Hz正弦交流電，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)向電網(wǎng)輸送功率。

1 系統(tǒng)控制方案框圖

主電路采用前級(jí)DC/DC直流斬波器和后級(jí)的DC/AC逆變器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，前級(jí) DC/DC直流斬波器采用BOOST升壓電路；后級(jí)DC/AC變換器采用電壓型全橋逆變器，主要功能是實(shí)現(xiàn)輸出并網(wǎng)電流完全可控，并控制直流母的線電壓穩(wěn)定同時(shí)高于電網(wǎng)電壓峰值，控制系統(tǒng)采用了外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)的雙閉環(huán)控制。為了提高系統(tǒng)控制性能，加快瞬態(tài)響應(yīng)及控制精度，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入了兩個(gè)輔助控制環(huán)節(jié)，即功率閉環(huán)控制及電網(wǎng)電壓前饋控制。這里采用三角波比較的方式對(duì)并網(wǎng)輸出電流進(jìn)行控制，同時(shí)為了使并網(wǎng)電流完全可控，必須保證直流母線電壓穩(wěn)定且高于電網(wǎng)電壓峰值[2]。因此，后級(jí)的控制方案采用外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)的雙閉環(huán)控制，外環(huán)用以控制直流母線的電壓穩(wěn)定；內(nèi)環(huán)用以控制并網(wǎng)輸出電流按給定值變化，同時(shí)加入了電網(wǎng)前饋控制是為了減少電網(wǎng)電壓的影響，下圖1為系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 系統(tǒng)方案框圖

2 仿真分析

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，搭建仿真模型，文中小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率等級(jí)為1KW，給定電流最大值為6.5A。本文中單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器的DC/AC仿真波形[3]，圖2為給定電流的波形，圖3為并網(wǎng)電流的波形。

從圖2、圖3可以看出并網(wǎng)的電流可以很好的跟蹤給定電流，輸出的電流波形為正弦波。且并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓保持同相位，使光伏并網(wǎng)逆變器電能的輸出功率因數(shù)接近于1說(shuō)明并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)向電網(wǎng)功率輸送，以上結(jié)果均滿足了本設(shè)計(jì)的要求。

圖2 給定電流的波形圖

圖3 并網(wǎng)電流的波形

3 結(jié)論

本文研究、設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)逆變器，經(jīng)過(guò)多次仿真驗(yàn)證證明控制方案是非?？尚械?，完全可以通過(guò)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路，把電能并入電網(wǎng)。并且光伏并網(wǎng)逆變器電能的輸出功率因數(shù)接近于1，完全滿足設(shè)計(jì)的要求。

[1]張興，曹仁賢.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010:1-7.

[2]單琳.單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[D].西安理工大學(xué)，2010:1-3,18-21.

[3]洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010:132-136.