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并网逆变器的PQ控制

2023-07-19 14:29 作者:橡子京  | 我要投稿

文中大部分内容是引用所读文献,出于对原作者的尊重,引用的文献在文末列出。

光伏并网发电系统是将光伏电池阵列发出的直流电转化为与电网电压同频、同相的交流电,从而既可向负载供电,又可输送到电网上的发电系统通常,市电可视为容量为无穷大的交流电压源,而并网逆变器的输出可以控制为电压源或者电流源。若控制并网系统的输出为一个交流电压源,则太阳能并网系统和电网实际上就是两个交流电压源的并联。要保证系统的稳定运行,则必须同时严格控制并网系统输出电压的幅值和相位。必须同时严格控制并网系统输出电压的幅值和相位。由于锁相回路响应较慢、输出电压幅值不易精确控制等原因,这种并网系统和电网之间可能会出现环流,系统不能稳定运行,甚至会出现故障。因此,光伏并网系统常被设计成电压型的电流源系统。此时并网系统相当于交流电流源和电压源的的并联

对集中式的光伏解释:

其中,光伏组件通过串并联、并联构成光伏阵列,产生直流电压,通过一台大功率逆变器(多采用三电平逆变器)将直流电转换成交流电,并输送至电网。该结构一于30kW以上较大功率的光伏发电系统,具有系统集成度高、控制系统简单、技术成熟、运维成本低等优势。

并网逆变器的集中式结构
光伏发电系统

        光伏并网发电系统的核心是并网逆变器,根据直流侧电源的类型可以分为电流型逆变器,和电压型逆变器两种类型。电流型逆变器的特性是直流侧采用大电感进行直流储能,从而使直流侧呈现高阻抗的电流源特性;电压型逆变器的特征是直流侧釆用大电容进行直流储能,从而使直流侧呈现低阻抗的电压源特性。在此我们主要讨论的是两级式并网逆变器。

        

两级式

        两级式三相光伏并网发电系统的拓扑。系统由光伏阵列升压电路、功率解稱电容、三相逆变器、并网滤波电感和电网组成

P-Q控制

三电平光伏逆变器:


含独立MPPT功能的大功率集中式三电平逆变器拓扑结构图
NPC拓扑




功率外环和电流内环双环控制,逆变器控制的参考频率由锁相环PLL负责提取。锁相技术控制并网的电流与电网的电压的相位同步。

锁相环模块


PPL:所谓锁相环路,实际是指自动相位控制电路(APC),它是利用两个电信号的相 位 误差,通过环路自身调整作用,实现频率准确跟踪的系统,称该系统为锁相环路, 简 称环路,通常用 PLL 表示。

       锁相环由鉴相器 ,环路滤波器和压控振荡器组成的一个反馈系统 ,鉴相器比较输入参考相位压控器的输出相位的相位差,然后输出电压正比于相位差,输出电压信号通过环路滤波器后对压控振荡器进行控制,调节压控振荡器的输出信号频率时期锁定在输入信号的频率。

输入输出的相位差

                                                     Vd%3DKd*%5Ctheta%20e%2BVd0

输入的参考相位大于输入的相位,就相当于一个路程的追赶为题,他在你前面,我们要追上输入的相位,所以要改变速度,即为频率。

经过鉴相器的输出电压,Vd0是输入电压为0时的输出电压,为漂移电压。

压控振荡器的输出信号频率与输入的控制电压线性相关。输入的信号与输出的信号频率差,wi为常数,

输入输出的频率差

                                                           Ko%3D%5CDelta%20%5Comega%200%2FVc

相位是频率对时间的积分:

                                                            %5CDelta%20%5Comega%20o%20%3D%5Cint_%7Ba%7D%5E%7Bb%7D%20%5Ctheta%20o%20dt

也就是说输入电压通过控制频率的变化进而控制相位的变化。这其实是一个加速跟踪的过程

压控振荡器的逻辑框图

我们来看看matlab的锁相环模块,想要搭建系统,要一个模块一个模块的学习,要有耐心:

三相的PLL的原理图

SPWM控制:

王鹤.含多种分布式电源的微电网运行控制研究[D].华北电力大学,2014. 

赵晖.基于锁相环结构的900MHz CMOS频率综合器设计[D].复旦大学,2003. 

秦昌伟.三电平光伏逆变器系统高性能调控技术研究[D].山东大学,2019. 

周皓.三电平光伏并网逆变器拓扑结构及控制策略的研究[D].北京科技大学,2015. 

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