单相光伏并网逆变器的运行控制技术研究

单相光伏并网逆变器的运行控制技术研究全球能源危机和环境问题的日益加剧,激励了风光等可再生能源并网技术的快速发展。作为大规模集中式风光电站的重要补充,分布式风光发电受到了国内外学者的广泛关注。作为一种特殊的分布式发电系统,微电网是实现可再生能源分散接入电网的有效途径,降低可再生能源并网单元对电网的冲击。然而,微电网中的并网逆变器大多只能向电网注入纯正弦的基波有功电流,存在诸多技术局限,不能满足新型电力市场需求。

本文以微电网中的单相光伏并网逆变器为依托,深入研究了与单相光伏并网逆变器运行控制相关的若干关键技术问题,获得了一些创新性研究成果。1、针对单相电网同步算法的稳定性、响应速度、以及谐波电压抑制能力进行了详细地研究。首先,对基于二阶广义积分器的单相锁相环进行了适当的改进,实现了前级二阶广义积分器和后级锁相控制环路的解耦,从而改善了锁相环的稳定性和动态性能。然后,为兼顾基于正交信号发生器的单相锁相环在电网电压畸变时的锁相精度和响应速度,提出了新的正交信号发生器,以减少正交信号产生过程中的时间延迟。

锁相环技术虽然广泛应用于并网发电系统中,但也存在一些不足。一方面,为了抑制高频噪声和高次谐波电压,锁相环的控制带宽不能太高,限制了响应速度。而且,为了抑制低次谐波电压,需要在锁相控制环路之前或之中插入滤波器,导致动态性能进一步降低。另一方面,频率和相位是通过同一个锁相控制环路得到,两者之间存在交互影响,可能导致系统不稳定。

为避免以上问题,提出了开环结构的电网同步算法。该算法具有优良的动态性能和谐波电压抑制能力,且不存在稳定性问题。2、针对单相光伏并网逆变器并网电流的控制,提出了对并网逆变器模型参数变化具有自适应能力的无差拍电流控制算法。无差拍电流控制动态响应性能极佳,但易受逆变器器件参数变化的影响。

首先建立了无差拍电流控制的跟踪误差模型,然后根据该误差模型设计了电流误差补偿器以消除由输出滤波电感建模不匹配引起的电流跟踪误差。结合了电流误差补偿器的无差拍电流控制对并网逆变器输出滤波电感的参数变化具有很好的鲁棒性,可以实现对电流指令的无稳态误差地跟踪控制。3、针对两级式单相

光伏并网逆变器的低电压穿越要求,提出了不依赖于电网电压跌落检测的低电压穿越控制策略。目前,应用于光伏并网逆变器中的低电压穿越控制技术都需要检测电网电压的跌落故障。

但是,电压检测过程中的时间延迟可能导致逆变器不能及时响应电网电压的跌落变化,尤其是在电网电压大幅急剧跌落时。另外,现有的低电压穿越控制策略大多涉及控制模式切换的问题,可能引起过大的暂态冲击,且很少考虑低电压穿

越期间光照强度变化对光伏逆变器并网运行的影响。为此,提出了根据直流母线电压自动调节光伏电池板出力以实现光伏并网逆变器可靠低电压穿越的控制策略。该方法不依赖于电网电压跌落故障的检测,不涉及任何控制模式切换的问题,而且能适应低电压穿越期间光照强度变化的情况。

4、为实现单相光伏并网逆变器的多功能化,提出了新的无功电流检测算法和电能质量治理方案。为使光伏并网逆变器同时具备向电网输送有功功率以及补偿负荷无功和谐波电流的双重功能,提出了适用于线性负荷条件下的无功电流检测算法,以使无功电流的检测更迅速、补偿更及时。也给出了适用于非线性负荷条件下的无功电流检测方法,以辅助实现对负荷无功和谐波电流的综合治理。另外,针对光伏并网逆变器剩余容量不足以完全补偿负荷无功和谐波电流的问题,给出了优化的补偿方案。

5、针对单相光伏逆变器的孤岛和并网运行要求,提出了可行的统一控制策略。由于光伏逆变器孤岛和并网运行都采用同一套控制算法,在运行模式切换时控制系统的基本结构不变,可以实现运行模式的无缝切换。并网运行时,光伏逆变器既可以工作在最大功率输出模式,以获得最大的发电效益;也可接受电网的调度命

令工作在恒定功率输出模式,为电网提供辅助服务。孤岛运行时,光伏逆变器根据光伏电池板的出力情况自动调整其有功输出,以保证系统的功率平衡,从而继续

为本地负荷供电。

而且,该统一控制策略也可以实现多台单相光伏逆变器的孤岛并联运行。