中型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 棟，趙鵬宇

（集寧師范學(xué)院物理學(xué)院 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

1 引言

光伏并網(wǎng)發(fā)電作為太陽能有效利用的方式之一，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛研究和應(yīng)用開發(fā)。本文對(duì)20kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了電氣設(shè)計(jì)和控制方法設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性和有效性。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的20kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用雙級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由光伏陣列、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、LCL濾波器等構(gòu)成。

前級(jí)的DC/DC變換器采用Boost變換器可以實(shí)現(xiàn)直流電壓等級(jí)的升高，并且通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)光伏陣列的工作電壓，從而達(dá)到跟蹤光伏陣列最大功率點(diǎn)的目的，后級(jí)DC/AC逆變器用來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)過程中直流到交流的變換，通過采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制。兩級(jí)之間加入一個(gè)直流耦合電容，可以實(shí)現(xiàn)前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)DC/AC逆變器之間控制的解耦。采用LCL濾波器，可以有效提高逆變器的性價(jià)比。

2.2 光伏陣列的設(shè)計(jì)

3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制方法

3.1 具有電壓閉環(huán)的變步長MPPT控制方法

為了能夠快速和準(zhǔn)確的跟蹤到最大功率點(diǎn)，本文采用具有電壓閉環(huán)的變步長MPPT控制方法。該控制的基本原理是：光伏陣列的輸出電壓和電流經(jīng)過MPPT控制算法計(jì)算，得出光伏陣列最大功率點(diǎn)電壓，該電壓做為電壓閉環(huán)的參考電壓與光伏陣列輸出電壓比較，得到的偏差信號(hào)經(jīng)PI控制器后調(diào)節(jié)Boost電路的占空比D，達(dá)到對(duì)最大功率點(diǎn)電壓的跟蹤。經(jīng)過MPPT控制算法和電壓閉環(huán)控制協(xié)調(diào)工作，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列最大功率點(diǎn)的跟蹤控制。

3.2 含LCL濾波器的逆變器的功率解耦控制方法

圖3-2所示為含LCL濾波器的后級(jí)DC/AC逆變器的控制結(jié)構(gòu)圖。DC/AC逆變器采用電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方法。直流電壓外環(huán)采用帶濾波電容電流比例反饋的控制方法、電流內(nèi)環(huán)采用有功和無功獨(dú)立控制。

圖3-2 含LCL濾波器的DC/AC控制結(jié)構(gòu)圖Fig.3-2Controlstructurediagram of DC/AC based on LCL filter

4 仿真分析

4.1 系統(tǒng)總體的仿真模型

本文所設(shè)計(jì)的20kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的總體仿真模型如圖4-1所示。

4.2 仿真結(jié)果及分析

圖4-2 標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的仿真波形Fig.4-2Simulation waveformsof related variables under standard illumination intensity

從圖4-2中，并網(wǎng)電流在0.1s左右穩(wěn)定并與電網(wǎng)電壓達(dá)到同相位，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的20kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況下，可以快速準(zhǔn)確地跟蹤最大功率點(diǎn)并且通過單位功率因數(shù)并網(wǎng)逆變控制將輸出的電能送入電網(wǎng)。

圖4-1 20kW雙級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型Fig.4-1Simulation modelof 20kW double-stagegrid-connected PV system

5 總結(jié)

本文主要對(duì)采用雙級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的20kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了電氣和控制方法設(shè)計(jì)。針對(duì)前級(jí)Boost變換器采用一種具有電壓閉環(huán)的變步長MPPT控制方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏陣列最大功率點(diǎn)的快速跟蹤；對(duì)于后級(jí)含LCL濾波器的并網(wǎng)逆變器，采用有源阻尼功率解耦控制方法，來達(dá)到單位功率因數(shù)并網(wǎng)控制的目的；通過仿真驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的正確性。