兩種負(fù)載模式下光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功控制

陳拉拉， 王 蔚

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引 言

目前大多數(shù)設(shè)備不僅消耗有功功率,還消耗無(wú)功功率，如果光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí),還可以對(duì)本地負(fù)載進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，這樣就可以減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。并網(wǎng)逆變器拓?fù)涠酁殡妷盒徒Y(jié)構(gòu)，與靜止無(wú)功補(bǔ)償器有相似之處[6]，因此,可通過(guò)對(duì)逆變器的控制，使其既可以并網(wǎng)發(fā)電，也兼?zhèn)錈o(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

1 系統(tǒng)控制原理

2 dq坐標(biāo)系下的電流解耦

大容量逆變器多是三相三線(xiàn)制，環(huán)路設(shè)計(jì)時(shí)，可將系統(tǒng)從三相自然坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)下，此時(shí)，三相逆變器可轉(zhuǎn)為兩個(gè)單相逆變器控制；也可轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下[10]，此時(shí)可直接控制逆變器有功電流和無(wú)功電流，方便逆變器有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)，采用PI調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流基波無(wú)靜差控制，故采用dq坐標(biāo)系。

dq坐標(biāo)下三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

可見(jiàn)d軸中存在iq,而q軸中存在id，即兩者耦合，這會(huì)加大設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器難度，因此要對(duì)兩者解耦，把式(1)變形為:

(2)

令

(3)

將式(3)代入式(2)：

(4)

為什么我要向各位推薦這本《從〈詩(shī)經(jīng)〉到〈紅樓夢(mèng)〉：復(fù)旦人文經(jīng)典課》？不僅因?yàn)樽髡叨际俏沂煜さ耐省⒏髯匝芯款I(lǐng)域的一流學(xué)者，而且因?yàn)檫@是一本優(yōu)秀的學(xué)術(shù)普及著作。我還希望利用這個(gè)機(jī)會(huì)，為學(xué)術(shù)普及性著作說(shuō)幾句話(huà)。

(5)

式中: Δud,Δuq----PI調(diào)節(jié)器d軸和q軸分量的輸出;

τpi----積分時(shí)間常數(shù);

可得控制變量ud和uq的控制方程為：

(6)

通過(guò)推導(dǎo)，借助引入電流狀態(tài)反饋，解除dq耦合，可獨(dú)立控制，簡(jiǎn)化環(huán)路設(shè)計(jì)。Simulink模塊庫(kù)搭建的仿真圖如圖1所示。

3 兩種負(fù)載模式下仿真

通過(guò)Simulink模塊庫(kù)搭建光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型，光伏系統(tǒng)容量100 KVA，網(wǎng)側(cè)電壓220 V，頻率50 Hz。

光伏陣列輸出電壓370 V，經(jīng)Boost電路升壓至700 V供逆變橋；濾波電感L=3 mH，R=0.01 Ω;調(diào)制方式為SVPWM[11]。

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型搭建如圖2所示。

圖1dq解耦控制仿真搭建

圖2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型搭建

3.1 光伏系統(tǒng)輸出滿(mǎn)足本地負(fù)載后余電并網(wǎng)

圖3 A相電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流波形(未補(bǔ)償)

圖4 逆變器A相輸出電壓和電流波形(補(bǔ)償后)

圖5 A相電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流波形(補(bǔ)償后)

從圖3～圖5可以看出，當(dāng)系統(tǒng)以單位功率因數(shù)運(yùn)行，系統(tǒng)向負(fù)載和電網(wǎng)送有功，而負(fù)載所需無(wú)功則由電網(wǎng)供給(見(jiàn)圖3)；當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電和本地負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償同時(shí)進(jìn)行時(shí)(見(jiàn)圖4)，網(wǎng)側(cè)電壓和并網(wǎng)電流同相位(見(jiàn)圖5)，電網(wǎng)從系統(tǒng)吸收有功，負(fù)載有功和無(wú)功從光伏系統(tǒng)獲得，系統(tǒng)多余有功饋送到電網(wǎng)。

3.2 電網(wǎng)向負(fù)載供電

圖6 A相電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流波形(未補(bǔ)償)

圖7 逆變器A相輸出電壓和電流波形(補(bǔ)償后)

圖8 A相電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流波形(補(bǔ)償后)

由圖6～圖8可知，由于本地負(fù)載增大，系統(tǒng)輸出已不能滿(mǎn)足負(fù)載需求，當(dāng)系統(tǒng)單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)全部向負(fù)載提供有功，而余下不足的有功和全部無(wú)功由電網(wǎng)供給(見(jiàn)圖6)，此時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載既送有功也送無(wú)功；當(dāng)系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電和本地負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償同時(shí)進(jìn)行(見(jiàn)圖7)，系統(tǒng)向負(fù)載提供部分有功和全部無(wú)功，余下有功由電網(wǎng)向負(fù)載供給(見(jiàn)圖8)，電網(wǎng)電壓和電流完全反相，電網(wǎng)只向負(fù)載送有功。

4 結(jié) 語(yǔ)

在dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，通過(guò)分別控制逆變器有功和無(wú)功電流分量，實(shí)現(xiàn)逆變器有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電的同時(shí)兼?zhèn)鋵?duì)本地負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ?，減輕網(wǎng)側(cè)輸電線(xiàn)路的有功損耗，增加電網(wǎng)的穩(wěn)定性。最后借助Simulink元件庫(kù)搭建仿真模型，驗(yàn)證系統(tǒng)在兩種工作模式下，均可較好實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電和對(duì)本地負(fù)載的無(wú)功補(bǔ)償。

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