三相光伏并网发电系统的研究与仿真

随着社会经济的不断发展,全球面临越来越严重的能源和环境问题,因此如何有效开发利用可再生能源成为当今世界的热点话题。在众多种可再生能源当中太阳能因其独特的优势而备受关注,其有效的利用方式为光伏并网发电。本文主要以光伏并网发电技术为研究对象,对光伏阵列的特性和最大功率点跟踪、具有有源滤波功能的光伏并网发电控制策略、基于级联逆变器的高压并网等问题进行了深入的探讨,并建立了两套光伏发电系统各自的仿真模型。 研究光伏阵列的特性是探讨光伏发电技术的基石,本文搭建了基于光伏电池实际等效电路模型的光伏阵列的通用仿真模型,并且结合了光伏电池的最大功率点跟踪,为后续两种光伏并网系统的仿真实验奠定了基础。 研究了有源滤波器的工作原理和光伏并网发电系统的电路特点,发现它们具有共同之处,于是将光伏并网系统的发电控制与APF控制原理相结合,得到可以对负载电流进行谐波抑制和无功补偿的光伏并网发电(Harmonic Suppression and Reactive Compensation Photovoltaic-HRPV)系统。HRPV系统不仅可以有效地进行并网发电,同时还能对负载电流进行动态地谐波补偿,从而使得电网的供电质量不够高问题得到解决,也免除了额外滤波装置的使用,具有很好的经济效益。其中谐波和无功分量的计算由基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测算法得到,并且将其与并网发电有功指令电流的计算巧妙地结合起来,实现了对HRPV系统进行电压电流双闭环控制。仿真实验结果表明HRPV系统在发出有功电流的同时可以有效进行谐波抑制和无功补偿,验证了此种光伏并网系统结构和控制方法的有效性和可行性。 级联H桥型逆变器具有输出为多电平高压的特点,因此考虑将其代替光伏发电系统中的普通逆变器。这就克服了光伏发电系统输出电压较低的缺点,使得光伏发电系统可以直接进行高压并网而省去了很多的升压装置,简化了系统结构。而且此时光伏阵列作为各个级联H桥的独立电源,无形中也克服了级联逆变器各个级联单元需要独立电源的缺点。其中级联H桥型逆变器的控制方法采用适合5电平以上输出的载波移相PWM控制法。运用可以对交流信号进行无稳态误差跟踪的比例谐振控制器来实现逆变器实际输出电流对并网指令电流的实时跟踪。将五单元级联H桥型逆变器与光伏阵列相结合,得到可以直接10KV高压并网的光伏发电系统的仿真电路。对该系统进行MATLAB仿真,仿真结果表明电流可以实现无稳态误差的实时跟踪,输出电压为11电平高压,可以直接并联于10KV高压电网上进行并网发电。