电网不平衡时光伏逆变器控制技术研究

由于能源危机，新能源的开发和利用迫在眉睫。太阳能以其能量巨大、非枯竭和清洁安全等特点，作为理想的可持续发展绿色能源越来越受到人们的广泛关注。光伏发电是太阳能利用的重要形式，其应用推广具有很大的现实意义。近几年来，光伏发电技术逐渐受到国际社会的重视：光伏发电系统的装机容量不断增加，光伏电站接入电网的电压等级越来越高等。此时，电网电压不平衡对光伏系统造成的影响不容忽视，光伏逆变器在电压不平衡情况下的控制问题逐渐受到重视。本文以两级式三相光伏并网系统为研究对象，对电压不平衡时光伏逆变器控制及并网电流畸变、过调和不对称等问题进行探讨。 论文首先阐述了电网电压不平衡产生的原因，以及所带来的危害；通过对这些危害的分析，说明电压不平衡时对光伏逆变器控制技术进行研究具有重要的实际意义。其次，文章深入分析了现有电压不平衡时并网逆变器的各种控制方法，根据各种方法实现方式的不同，将方法归类并总结各自的优缺点，以便于方法之间的对比、选择和深入研究的开展。 目前电网不平衡时并网逆变器的控制研究主要以抑制并网功率和直流侧的二次波动为研究点，并网电流存在负序分量，幅值不对称且过调。但随着光伏发电系统装机容量的增加，过调的不对称电流会对电网造成新的影响：过电流会导致光伏系统从电网断开，并网功率流动发生大幅度变化；变压器、线路损耗增加等。因此本文主要针对电网电压不平衡时并网电流畸变、过调和不对称问题的解决方法进行研究。通过分析得知，由于并网电流中存在负序分量，导致电流不对称；电网不平衡时电压降落，但光伏系统注入电网的功率没有改变，故并网电流幅值会增加。根据光伏阵列的固有特性（即输出功率可调节特性），提出一种光伏阵列定功率与最大功率跟踪双模式控制策略，电压不平衡发生时定功率控制起主要作用；正常情况下，光伏阵列按照MPPT（Maximum Power Point Tracking）输出控制；详细推导了电压不平衡时dq旋转坐标系下正负序电压分量与电压不平衡程度的关系，基于此关系，对现有的正序控制进行了改进，提出一种正序补偿控制方法；结合光伏阵列定功率与MPPT双模式控制策略和正序补偿控制，既能实现单位功率因数并网，又能抑制并网电流超调，使电流对称并网，控制方式实现简单，能够满足并网电能质量的要求。 建立了两级式三相光伏并网发电系统，直流侧使用直接功率控制，以带低通滤波器的PI控制器作为控制器，电流环采用dq解耦控制。在Matlab/simulink中建立系统仿真模型，通过仿真验证了系统的并网性能和文中提出控制策略的效果。利用实验室所购置的光伏并网实验系统进行了验证实验，以RT-LAB实验平台为控制核心进行试验，验证了逆变系统设计的正确性和本文提出控制方法的有效性。