变压器动态

一种新颖的并网逆变器自适应电流滞环控制策略

  太阳能发电已经成为寻求绿色能源的热点,并网逆变器则是研究的主要领域。并网逆变器是太阳能模块或阵列并入电网的重要接口,逆变器电流是光伏发电电能质量的重要指标,PWM控制技术是目前为流行的逆变器控制技术。电流闭环的PWM控制能实时跟踪正弦电流波形,控制注入电网电流,使其更大限度地降低畸变和减小谐波分量。

  光伏阵列具有非线性的电流-电压特性以及具有唯更大功率点的功率-电压特性,因此,为更大化地将太阳能能量通过逆变器传输到电网,需要采用更大功率跟踪控制算法e-4实现。

  本文提出的一种新颖柔性自适应滞环控制算法,能根据期望的开关频率、电网电压、光伏直流输出电压和电流的斜率动态调整滞环宽度,使开关频率保持不变,减小电力电子器件的开关损耗;由于非线性负载的大量应用,引起电网电流畸变,而且通过锁相环(PLL)技术直接检测的电流不再适用于非线性负载的供电系统,提出了能补偿无功和谐波分量的电流计算器模型。后,将更大功率跟踪控制算法、自适应电流滞环宽度算法和电流计算器模型以及电流滞环控制与PWM驱动集成在一个统一灵活的控制器内,从而有效地解决开关频率问题,明显改善电能质量。

  1固定滞环宽度的电流跟踪控制1.1拓扑结构和滞环控制原理所示为单相光伏并网逆变器的拓扑结构和电流滞环控制的原理图。并网系统是由太阳能光伏模块、直流输入电容、4个IGBT组成的桥式逆变器、滤波电感和电网组成。电流滞环控制是将瞬时的逆变器电流nv和正弦电流iref进行比较,产生的电流误差直接和预先设定的滞环宽度比较以决定逆变器开关脉冲的时序,使电感电流上升或下降,从而实时紧密地跟踪标准正弦电流。电流滞环控制的特点有叭快速的瞬态响应,无条件的稳定系统,易于防止从化变压器偏磁现象,快速限流能力和无次谐波振荡现象。但由于器件开关点更迭取决于逆变器电流到达上下限的时间,且逆变器电流的变化率在输出周期为时变,因而滞环控制的开关频率不固定,变化范围大,给输出滤波电路参数的优化选择带来困难。

  1.2L滤波器当变换器在直流母线电压正负两极切换时,电网传递函数1L(s)/Upwm(s)决定逆变器电流的变化趋正负两极之间变化时,必须保证逆变器电流斜率始终大于电流的更大斜率,以便系统能跟踪电流,否则电网电流将低于或高于滞环宽度下限或上限限制,结果是在电网电流到达的下半个周期产生电流松弛现象,导致波形的严重畸变。因此,当电网电流到达滞环宽度的下(上)边界时,控制器应当立即将变换器切换到直流母线电压的正(负)极性,电网电流才能及时同步地跟踪电流的变化。在这种情况下,电网电流的阶跃响应为电感电流iL(在零时刻的变化率为坏的情况是在电网电压为更大值和小值时,变换器在直流母线电压正极性和负极性进行切换,此时电感的电压和电流斜率将是小值。设正弦电网电压表达式为非线性负载在工业和居民应用的日益增加,使电网电流和电压畸变,恶化电源质量。非线性负载产生的高次谐波分量使公共耦合点(PCC)电压畸变,可能产生影响系统稳定性的谐振问题。光伏并网逆变器可以担当有源滤波器的作用,如滤除高次谐波分量,进行无功补偿,改善电能质量问题。在所示的并网逆变器系统,电流是通过PLL技术从电网电压获取的,但不能直接应用于非线性负载供电的情况。应首先通过PLL技术检测的正弦电流用来产生负载电流的基频分量,然后从负载电流减去基频分量获得谐波分量和无功分量,由光伏并网逆变器通过在公共耦合点注入相应电流来补偿。

  因此,用来补偿谐波和无功电流的电流计算器算法是解决非线性负载电流畸变的关键。

  负载电流可以表示为有功基本分量为无功基本分量iL1q(t)为在式(35)两边乘以sint,且在1个周期内积分,有乙根据三角变换,上式后面两项积分为0.则有将上式代入iLip(t),则负载电流的有功基频分量为乙可见,对于非线性负载的负载电流,可以采用式(42)的算法对负载电流进行补偿,以滤除谐波分量,减小负载电流的畸变;另外,根据光伏模块输出的实际电压和电压的误差信号,PI控制器控制直流耦合电容器的充电电流Ix,从而维持电容器直流母线电压恒定。设:则非线性负载供电的并网逆变器修正的电流表达式为基于以上修正电流计算器的算法,可以搭建如所示类似的电流计算器的仿真模型。

  3统一控制器的控制策略光伏并网逆变器统控制器的控制策略是基于L滤波器的主电路拓扑结构,将更大功率跟踪控制算法、自适应电流滞环宽度计算器和电流计算器以及滞环控制器和PWM驱动集成在一个统一协调的控制器内,不但能实现光伏的更大功率传输,保持开关频率的恒定,而且能补偿非线性负载的谐波电流,改善电能质量,使注入电网的电流和电网电压始终保持同相,功率因数为1.所示为统一控制器的控制策略和框图。在不同开关频率下进行逆变器输出电流,负载电流和瞬态滞环宽度的仿真分析。光伏模块在标准测试条件下的电气参数,标准测试条件是环境温度为25丈,太阳光照强度为1000W/m2,空气质量密度为1.5.仿真分析选用的光伏模块的电气参数分别为:光伏模块短路电流/SC=8.37 A,更大功率点电流‘=7.6A,更大功率点电压’=23.7 =-0.104,开路电压队。=30V,直流连接电容Clik=300xF;滤波器兀件LfSmHCsSiLSmH.电网参数:电网所示为光伏阵列在环境温度为25丈,太阳光照强度为600W/m2条件下,功率器件的开关频率为1kHz时,逆变器输出电流、电流和瞬态滞环宽度的仿真波形。仿真时间设定为3 s,主要是考虑太阳能光伏阵列在一定外界条件下,经过一定时间(约2.24s)才能输出稳定的直流电压。

  的仿真结果表明在开关频率较低时,如1kHz时,逆变器输出电流有畸变;瞬态滞环宽度在154仿真分析(b)瞬态滞环宽度开关频率为1kHz时逆变器电流、/Simulink的仿真平台以及Matlab和Psim的接口模块Simcoupler,构建光伏阵列模块,更大功率跟踪模块、自适应滞环宽度计算器模块、电流计算器模块、滞环控制器、PWM驱动模块模块和PI控制器模块,构成I个统lshingHouse.调的控制器,以L滤波器并网的主电路拓扑结构,(a)逆变器输出电流和电流(b)瞬态滞环宽度开关频率为10kHz时逆变器电流、的仿真结果表明在开关频率较高时,如100kHz时,逆变器输出电流比较平滑,且紧密跟踪光伏模块开始稳定输出的时刻,滞环宽度有间断,发生极大的负跳变,且以后按照电网基波频率正弦调制变化,幅值变化小。

  本文在传统固定滞环宽度电流控制的基础上,推导光伏逆变器并入电网的L滤波器的参数条件,分析滞环宽度和开关频率的数学关系,表明开关频率将在滞环宽度定的条件下,按照电网基波频率的2倍频调制变化,这将给逆变器的设计带来困难。

  因此,本文提出种动态调整滞环宽度的自适应滞环控制算法,推导了保持开关频率不变的自适应滞环宽度的数学模型,以及解决非线性负载电流畸变的电流计算模型,后在Matlab/真平台和接口模块Simcoupler的环境下,对基于自适应控制算法的单相并网逆变器系统进行仿真分析,结果表明当滞环宽度按照电网频率调制变化时,且开关频率较高时,逆变器能输出优良的正弦电流,紧密跟踪正弦电流的变化,使电网电压和逆变器注入电网电流同相,功率因数接近1.自适应滞环宽度的算法将为并网逆变器控制器的设计,滤波器参ishin数设计以及逆变器并网输出的电能质量分析提供非2.24s时,即光伏模块开始稳定输出的时刻,滞环宽度有间断,发生极大的负跳变,且按照电网基波频率正弦调制变化,幅值变化大。

  所示为光伏阵列在环境温度为25,太阳光照强度为600W/m2条件下,功率器件的开关频率为100kHz时,电网其他参数不变,逆变器输出电流、常重要的依据。

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