三相光伏并网系统控制技术研究

当前,由于全球性能源危机,许多国家都十分重视可再生能源的利用研究。基于太阳能利用的光伏发电技术也得到了广泛的关注。但是,光伏发电具有同传统发电方式明显的不同:光伏电池具有强烈的非线性特性,需要对光伏电池进行最大功率跟踪(MPPT);作为一种分布式发电系统,光伏发电系统产生的电能要输送到电网,需要对光伏发电的并网技术进行研究。本文针对单级式光伏并网发电系统的最大功率跟踪技术及并网控制技术进行理论和实验研究。 控制对象的数学模型是进行控制策略研究的基础。本文首先对采用LCL滤波的三相并网逆变器进行理论分析,建立了三相并网逆变器的状态空间数学模型。由于三相并网逆变器的状态空间数学模型不利于利用现有控制理论进行分析,随后本文利用坐标变换,将采用LCL滤波的三相并网逆变器等效为两个采用LCL滤波的单相并网逆变器进行单独控制。并进一步分析了单相并网逆变器的开环特性。 针对单级式三相光伏并网发电系统对光伏电池最大功率跟踪控制的要求,研究了不同的光伏电池最大功率跟踪方法,对常用的最大功率跟踪方法进行了详细的理论分析和实验研究,比较各种方法的优缺点,分析跟踪误差所产生的原因及采样误差对系统最大功率跟踪的影响。在此基础上,提出一种适合单级式三相光伏并网发电系统的最大功率跟踪方法,通过实验验证了此方法能有效改善对光伏电池的最大功率跟踪特性。 通过对极点配置理论及重复控制理论的分析,在采用LCL滤波的单相并网逆变器数学模型的基础上设计了采用极点配置与重复控制相结合的并网控制器,并通过实验验证了控制器的有效性。根据单级式并网的特点,将光伏电池的最大功率跟踪控制同并网控制相结合,采用本文提出的改进型最大功率跟踪方法在并网的同时实现对光伏电池的最大功率点跟踪。通过仿真,验证了在三相光伏并网系统中本方案能够准确跟踪光伏电池最大功率点,有效降低并网电流畸变,同时实现单位功率因数并网。