两级式光伏并网逆变系统控制策略研究

【摘要】：近年来,光伏并网发电持续发展,必将在未来新能源发电中占有至关重要的一席之地。全球环境恶化和一次能源的日益减少推进了国内外光伏发电系统的快速增长。并网逆变系统是整个光伏发电系统中至关重要的一部分,保证其可靠安全并网具有重要意义。本文针对三相并网逆变系统,围绕三相光伏发电系统建模,电网电压平衡和电网电压不平衡时系统并网控制,以及相关的低电压穿越技术等方面展开研究分析。本文针对两级式光伏并网发电系统,采用三相三线制。前级为光伏阵列和Boost变换器电路,首先建立光伏电池的工程模型方便研究应用,采用一种电压闭环MPPT控制结构,从而实现前级电路升压和最大功率跟踪的目的。其次,后级选用基于LCL滤波器的三相逆变器结构,其一般数学模型得以建立。分析LCL滤波器的滤波特性,介绍其参数设计方法。由于滤波器存在谐振尖峰,需采用阻尼控制保证系统稳定。在电网电压平衡情况下,采用基于比例积分的电压电流双闭环控制结构对并网电流进行控制,保证并网电流平衡及单位功率因数并网。最后仿真验证所建立的光伏并网发电系统在电网电压平衡时能稳定安全运行。在实际运行中,电网可能会出现不平衡状况。此时根据光伏阵列输出特性和逆变器并网要求,对光伏并网逆变系统进行研究,建立不平衡情况下的数学模型来实现前级Boost电路和后级逆变系统的独立控制。采用基于SOGI的正交信号发生器进行正负序分量分离并完成对电网电压的锁相。同时,分别提出抑制负序电流的控制策略以及抑制直流侧电压波动的控制策略,两者均基于dq旋转坐标系。最后通过建立光伏并网系统的仿真模型,验证所提出的控制策略在电网电压不平衡情况下的有效性。为了实现光伏并网系统的低电压穿越,根据光伏阵列输出特性和逆变器并网要求,对并网系统进行研究。先介绍光伏电站低电压穿越标准,并简要分析电压跌落时逆变器的运行状况。在电网跌落故障期间,采用前级定功率控制使光伏阵列输出定额功率,后级逆变器控制输出一定量的无功,从而限制逆变器直流侧过电压和并网电流。同时,为了抑制并网电流中的负序分量,采用抑制负序电流的控制策略。最终通过构建两级式光伏并网系统低电压穿越的仿真模型,验证了在不同电网电压跌落情况下,所提出的低电压穿越控制策略切实可行。

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