光伏并網逆變器控制和仿真

摘要：為了達到提高光伏逆變器的容量和性能目的，采用并聯型注入變換技術。根據逆變器結構以及光伏發(fā)電陣電流源輸出的特點，選用工頻隔離型光伏并網逆變器結構，并在仿真軟件PSCAD中搭建光伏電池和逆變器模型，最后通過仿真與實驗驗證了理論的正確性和控制策略的可行性。
關鍵詞：太陽能光伏發(fā)電系統；太陽能電池組件；并網變換器；PSCAD

近年來，應用于可再生能源的并網變換技術在電力電子技術領域形成研究熱點。并網變換器在太陽能光伏、風力發(fā)電等可再生能源分布式能源系統中具有廣闊發(fā)展前景。太陽能、風能發(fā)電的重要應用模式是并網發(fā)電，并網逆變技術是太陽能光伏并網發(fā)電的關鍵技術。在光伏并網發(fā)電系統中所用到的逆變器主要基于以下技術特點：具有寬的直流輸入范圍；具有最大功率跟蹤(MPPT)功能；并網逆變器輸出電流的相位、頻率與電網電壓同步，波形畸變小，滿足電網質量要求；具有孤島檢測保護功能；逆變效率高達92％以上，可并機運行。逆變器的主電路拓撲直接決定其整體性能。因此，開發(fā)出簡潔、高效、高性價比的電路拓撲至關重要。

1 逆變器原理
該設計為大型光伏并網發(fā)電系統，據文獻所述，一般選用工頻隔離型光伏并網逆變器結構，如圖1所示。光伏陣列輸出的直流電由逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡涍^變壓器升壓和隔離后并入電網。光伏并網發(fā)電系統的核心是逆變器，而電力電子器件是逆變器的基礎，雖然電力電子器件的工藝水平已經得到很大的發(fā)展，但是要生產能夠滿足盡量高頻、高壓和低EMI的大功率逆變器時仍有很大困難。所以對大容量逆變器拓撲進行研究是一種具有代表性的解決方案。作為太陽能光伏陣列和交流電網系統之間的能量變換器，其安全性，可靠性，逆變效率，制造成本等因素對于光伏逆變器的發(fā)展有著舉足輕重的作用，決定著光伏發(fā)電系統的投資和收益。市場主流光伏變換器大都采用電壓源型變換器，因為光伏電池的電流源輸出特性，所以為滿足光伏電池的直流端電壓可能大幅度變化的特性，都采用二級變換的技術方案，這導致變換效率的降低。大功率電流源變換技術因為強迫斷流緩沖電容的高價，低可靠性，使電流源型變換器的應用受到限制。注入式電流源型變換器的直流側電流電壓全控特性，使光伏電池發(fā)出的直流電僅經一級變換就可以完成，這一的特性使電流源型變換器有可能成為高效的光伏變換技術方案。

。構成與Y／△相連的6脈波變換器的觸發(fā)脈沖整體滯后于與Y／Y相連的6脈沖變換器30°，使得兩變換器的輸出在變壓器一次側各相電壓同相。圖中的注入電路是由晶閘管與二極管的串聯或反串聯構成，與上橋所接的開關是晶閘管與二極管反串，下橋則相反，通過對晶閘管發(fā)出不同觸發(fā)脈沖來實現逆變器的四象限運行，同樣使上橋注入理想電流波形，使波形輸出理想。

圖6下主橋注入電流波形上部與下部對應三相橋輸出直流電流大小相等，相位差為15°，電感支路電流為疊加少量紋波的直流，各支路電流平均值為IDC／6。交流電壓、電流波形見圖7。多電平電流波形的正弦度較好，電壓波形有明顯的毛刺，這是由開關切換時電感能量轉移引起的，各開關器件引入阻容吸收回路后，可使電壓毛刺明顯減少。

圖8中，CH1是A相電壓波形；CH2是B相電壓波形；CH3是C相電壓波形。結論是三相電壓正弦波形上疊加一些毛刺，與仿真相吻合。

3 實驗結論
各注入支路電力電子開關最佳組合控制方案的確定。多個注入支路具有多種開關組合方案，如何以較低復雜程度的開關組合方案實現變換要求，是研究的主要技術難點之一。在仿真中，使用PSCAD做了6級電流注入的研究，證明了該系統無需加設濾波器以及采用PWM技術，就能得到理想的輸出波形。正是由于該裝置具有非常低的諧波畸變率以及低的開關損耗，因此該裝置很適合應用于大功率的應用場合。