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逆变器并网控制策略--概述

橘子汽水
2024-06-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 7 阅读 / 3772 字

光伏并网逆变器的控制策略显然是光伏系统并网控制的关键。由于光伏发电系统存在单级式、多级式、以及单相、三相等拓扑。因此光伏并网逆变器的控制策略会涉及到多重开关变换器的控制。然而所有的光伏并网逆变器都不能缺少逆变单元。对于具有两级变换的系统,前级DC/DC变换器主要实现最大功率点跟踪(MPPT),后级DC/AC变换器要保持前后级之间的直流侧电压稳定,同时要实现并网电流控制(网侧电流功率因数单位化),甚至根据指令进行电网的无功功率调节。

并网逆变器控制输出电流矢量,实现并网及网侧有功、无功的控制

20240304135126.png20240304135222.png

逆变器交流侧稳态矢量关系

其中E表示电网电压矢量,U_L表示滤波电感L上电压矢量,U_i和U_{ab}表示逆变器桥臂输出的电压矢量,I表示输出电流矢量,上图忽略输出滤波电感L上的等效电阻。

分析上图各情况的矢量关系:

20240304140638.png

单相逆变电路简化图

  • a、电网电压作为参考基准,当负载呈现纯感性时,将L看作感值很大的电感,电压超前电流90°,即E和 U_L均超前电流I90°,此时回路电压大小关系为: U_{ab}=U_L+E

  • b、电网电压作为参考基准,当系统在单位功率因数逆变运行时,系统输出功率,故而电流I与电网电流E同向,同样的有电感电压 U_L超前电流I90°, U_{ab}=\sqrt{E^2+U_L^2}

  • c、电网电压作为参考基准,当负载呈现纯容性时,回路电流超前电网电压90°,而电感电压$U_L$又超前电流I90°,故而 U_{ab}和E方向相反,此时回路电压大小关系为: U_{ab}=E-U_L.

  • d、电网电压作为参考基准,当系统在单位功率因数整流运行时,电网此时对外输出功率,系统吸收功率,故而电流I与电网电压E反向,同样的有电感电压 U_L超前电流I90°, U_{ab}=\sqrt{E^2+U_L^2}

根据以上分析可得电压的矢量关系为: U_{ab}=U_L+E,考虑到稳态的时候电流I的有效值不变,所以电感两端电压大小 U_L=wLI也不变,此时并网逆变器交流侧电压的端点形成一个以E端点为圆心, U_L=jwLI大小为半径的圆。所以通过控制$U_{ab}$的幅值和相位即可控制输出电流的幅值和相位。

逆变器的输出电流与电网电压同相位时,便为单位功率因数运行,当逆变器的输出电流超前电网电压时,便实现并网逆变器在并网发电的同时还可以向电网提供无功功率。

并网逆变器并网控制基本原理概括为:根据并网控制给定的有功、无功功率指令以及电网电压矢量,计算出所需要的输出电流矢量 I^*,已知 U_{ab}=U_L+E且有 U_L=jWLI即可计算出并网逆变器交流侧输出电压矢量指令 U_{ab}^*,即 U_{ab}=jWLI^*+E,最后通过SPWM控制或者SVPWM控制使得逆变器交流侧按指令输出所需电压矢量,以此进行逆变器并网电流的控制。

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