光伏并网逆变器控制和仿真

摘要：为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。
关键词：太阳能光伏发电系统；太阳能电池组件；并网变换器；PSCAD

近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪(MPPT)功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。

1 逆变器原理
该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻重的作用，决定着光伏发电系统的投资和收益。市场主流光伏变换器大都采用电压源型变换器，因为光伏电池的电流源输出特性，所以为满足光伏电池的直流端电压可能大幅度变化的特性，都采用二级变换的技术方案，这导致变换效率的降低。大功率电流源变换技术因为强迫断流缓冲电容的高价，低可靠性，使电流源型变换器的应用受到限制。注入式电流源型变换器的直流侧电流电压全控特性，使光伏电池发出的直流电仅经一级变换就可以完成，这一的特性使电流源型变换器有可能成为高效的光伏变换技术方案。

。构成与Y／△相连的6脉波变换器的触发脉冲整体滞后于与Y／Y相连的6脉冲变换器30°，使得两变换器的输出在变压器一次侧各相电压同相。图中的注入电路是由晶闸管与二极管的串联或反串联构成，与上桥所接的开关是晶闸管与二极管反串，下桥则相反，通过对晶闸管发出不同触发脉冲来实现逆变器的四象限运行，同样使上桥注入理想电流波形，使波形输出理想。

图6下主桥注入电流波形上部与下部对应三相桥输出直流电流大小相等，相位差为15°，电感支路电流为叠加少量纹波的直流，各支路电流平均值为IDC／6。交流电压、电流波形见图7。多电平电流波形的正弦度较好，电压波形有明显的毛刺，这是由开关切换时电感能量转移引起的，各开关器件引入阻容吸收回路后，可使电压毛刺明显减少。

图8中，CH1是A相电压波形；CH2是B相电压波形；CH3是C相电压波形。结论是三相电压正弦波形上叠加一些毛刺，与仿真相吻合。

3 实验结论
各注入支路电力电子开关最佳组合控制方案的确定。多个注入支路具有多种开关组合方案，如何以较低复杂程度的开关组合方案实现变换要求，是研究的主要技术难点之一。在仿真中，使用PSCAD做了6级电流注入的研究，证明了该系统无需加设滤波器以及采用PWM技术，就能得到理想的输出波形。正是由于该装置具有非常低的谐波畸变率以及低的开关损耗，因此该装置很适合应用于大功率的应用场合。