陳雪亮，張新民

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風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)中三電平充放電技術(shù)的研究

陳雪亮，張新民

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

依據(jù)風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電過程的特點，提出了一種在并網(wǎng)模式下運行的三電平逆變器的自適應(yīng)滯環(huán)電流控制策略?；贛atlab / Simulink的仿真結(jié)果表明，該控制策略可以有效地對蓄電池進行充放電控制，實現(xiàn)蓄電池與交流母線間能量的雙向流動，滿足并網(wǎng)運行的要求。

風(fēng)光柴互補 三電平 雙向逆變器 自適應(yīng)滯環(huán)

0 引言

隨著不可再生能源的大量消耗，可再生能源的應(yīng)用成為世界性的課題。風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)能同時利用風(fēng)、光資源，改善了采用單一資源發(fā)電時可能造成的供電不足的現(xiàn)象，把柴油機作為后備輔助發(fā)電裝置，可使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、完善[1]。

本文研究的三電平雙向逆變器就是用以實現(xiàn)風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)中交流母線與蓄電池間的交直流轉(zhuǎn)換以及能量的雙向流動。本文首先從三電平雙向逆變器的功能出發(fā)，對主電路拓撲結(jié)構(gòu)、并網(wǎng)運行模式及控制方案進行了詳細的闡述；同時為了滿足并網(wǎng)裝置對電網(wǎng)側(cè)的諧波要求，降低電網(wǎng)電流THD，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度和抗干擾性，本文采用自適應(yīng)滯環(huán)控制，該控制方法在保持開關(guān)頻率固定的前提下，依據(jù)電網(wǎng)電壓、逆變器直流側(cè)電壓以及參考電流的斜率動態(tài)調(diào)制滯環(huán)寬度，有效地減小了開關(guān)損耗，使得三電平雙向逆變器在并網(wǎng)運行模式下的整流、逆變控制都具有較好的適應(yīng)性和動、靜態(tài)性能。

1 三電平雙向逆變器的工作原理及運行模式

基于純交流母線供電的風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池充放電、柴油發(fā)電等單元組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

HBO經(jīng)過?？瓢l(fā)展已具有穩(wěn)定安全的治療方案，嚴重不良反應(yīng)罕見，目前最常見的不良反應(yīng)是中耳氣壓傷，其發(fā)生受加減壓速度和咽鼓管功能影響。由于鼻腔手術(shù)后常有黏膜腫脹和分泌物積蓄，故治療前應(yīng)保持鼻腔、鼻竇口和咽鼓管的通暢，預(yù)防中耳和鼻竇氣壓傷的發(fā)生。本次實驗中未觀察到實驗動物發(fā)生明顯不良反應(yīng)。綜上所述，早期HBO治療在鼻腔手術(shù)后黏膜的恢復(fù)過程中，對抑制纖維結(jié)締組織增生和減少瘢痕形成具有促進作用，可減輕鼻內(nèi)鏡手術(shù)后的去黏膜化反應(yīng)，甚至可能在一部分難治性鼻-鼻竇炎中起到重要的逆轉(zhuǎn)作用。

本文主要研究三電平雙向逆變器在風(fēng)光柴發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)運行時的整流和逆變控制。三電平雙向逆變器并網(wǎng)運行需滿足兩個條件：1)要使逆變器輸出的電壓和頻率與電網(wǎng)的電壓和頻率一致；2)要控制蓄電池在充放電過程中電壓值、電流值的大小及其流動方向。

系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，組成系統(tǒng)的兩部分為基于IGBT的二極管中點箝位型三電平逆變電路及DC/DC斬波電路構(gòu)成[2]。在風(fēng)力資源及太陽能資源充足的情況下，三電平雙向逆變器工作于整流模式，將風(fēng)光發(fā)電單元多余的能量提供給蓄電池儲存，此時網(wǎng)側(cè)電壓先經(jīng)過三電平電路整流，再由DC/DC變換器降壓斬波后供給蓄電池；一旦風(fēng)光發(fā)電單元的輸出功率小于負載所需時，或在公共電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，雙向逆變器立即切換到逆變模式，先將直流側(cè)電壓通過DC/DC變換器升壓斬波，再由三電平電路逆變成PWM電壓經(jīng)電感濾波后送至交流母線，將能量傳送給電網(wǎng)。逆變器在放電過程中對蓄電池端電壓進行實時檢測，當(dāng)蓄電池電壓達到放電終止電壓時，逆變器向柴油發(fā)電機發(fā)出啟動信號。此時，柴油機給負載供電的同時，對蓄電池充電，以防止過放對蓄電池造成傷害。

圖1 風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

圖2 三電平雙向逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)控制策略

2.1 三電平雙向逆變器的控制

當(dāng)雙向逆變器運行于穩(wěn)態(tài)時，忽略變流器自身的損耗，認為交直流側(cè)的功率平衡，則有：

由式(2)、(3)知，通過對內(nèi)環(huán)交流電流i進行控制，可控制流過直流側(cè)電容的電流及其兩端電壓。

式中：為逆變器交、直流側(cè)的電流傳遞系數(shù)。

式中：為1和2的等效電容

其中：s為交流側(cè)電壓的有效值、s為交流側(cè)電流的有效值。由(1)得：

對三電平雙向逆變器采用電壓電流雙閉環(huán)控制的控制方案，只要對電流給定進行限幅，就可以令逆變器以恒流方式啟動，減小對電力電子器件的啟動沖擊，有效地保護開關(guān)管[3]。為了進一步提高系統(tǒng)的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能，在三電平雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，將公用電網(wǎng)電壓做前饋補償三電平雙閉環(huán)控，其控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

本文按照I型系統(tǒng)進行設(shè)計電流內(nèi)環(huán)以提高系統(tǒng)電流跟蹤的性能。

按二階最優(yōu)的指標(biāo)，令：= 0.707，即可整定出PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。

再由逆變器的數(shù)學(xué)模型，得到電壓外環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)

2.3 蟲種變化 原清遠縣歷史為以間日瘧為主、惡性瘧和三日瘧高度混合流行［1］。20世紀90年代流行蟲種間日瘧占99.60%（2 250/2 259），惡性瘧占0.13%（3/2 259），其他占0.27%（6/2 259）；2006年以來共報告輸入病例13例，其中惡性瘧占69.23%（9/13）、間日瘧占23.08%（3/13）、其他占7.69（1/13）。

2.2 自適應(yīng)滯環(huán)控制

由三電平各橋臂開關(guān)的控制邏輯可知，功率管(V1、V3)，(V2、V4)(V5、V7)(V6、V8)開關(guān)狀態(tài)互補。定義開關(guān)函數(shù)為：

圖3 PWM逆變器控制電路結(jié)構(gòu)圖

圖4 自適應(yīng)滯環(huán)控制框圖

在并網(wǎng)運行模式下，對三電平雙向逆變器的控制一方面要滿足并網(wǎng)運行條件；另一方面，控制蓄電池的充放電電壓與電流[5]。

以提高系統(tǒng)抗干擾性及魯棒性為原則，在給定直流電壓情況下，為了在網(wǎng)側(cè)得到高度正弦的電流，本論中針對控制系統(tǒng)采用直流電壓外環(huán)控制，自適應(yīng)滯環(huán)內(nèi)環(huán)電流控制的方式，改善控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能。根據(jù)以上分析，自適應(yīng)滯環(huán)控制框圖如圖4所示。

●When it grows rapidly in summer, herdsmen should mow much grass, have it dried up by airing, and reserve it for winter.

∏型樣架：其豎桿直接固定在坡面上的錨樁上，調(diào)整豎桿的傾角符合設(shè)計要求，再用橫桿將所有豎桿連接成一個整體，上下兩道橫桿作為鉆機的固定架，必須保證其水平度，且樣架工作面的傾角必須符合預(yù)裂孔的傾角，同樣經(jīng)測量校核樣架的傾角和橫桿水平度，并在橫桿上放出鉆機固定點位。局部特殊開挖段，如拐角點、弧線段、漸變段等單獨架設(shè)樣架。樣架搭設(shè)完成后，檢查樣架的穩(wěn)定性和剛度必須滿足施工要求，利用數(shù)顯傾角儀配鋁合金靠尺復(fù)核鉆機固定點位連線的傾角和方位角，偏差控制在0.1°。

通過仿真發(fā)現(xiàn)，的值總是在2和3之間，且自由度越小、非中心因子越大，二者差值越接近3，也就是說更新半徑總是小于因此，理論上算法ESD比算法MSD的計算復(fù)雜度更低.

設(shè)C1和C2是大小相等的理想元件，則

比較實驗組與對照組兩組患者臨床治療效果,具體情況(見表1),實驗組有2例患者治療無效,對照組有7例患者治療無效,實驗組患者臨床治療總有效率為95.5%,對照組臨床治療總有效率為86.3%。

按照表4中配方制作的產(chǎn)品外觀較好，粘稠度適宜，流動性好，品嘗具有典型的蝦油特征風(fēng)味和滋味，運用到菜肴中可以達到預(yù)期目的，使菜肴咸鮮適中，可增強產(chǎn)品的外觀、風(fēng)味、濃厚度、爽脆度及肉感等。

同時，在施工當(dāng)中還可以采用防水防滲涂料，在墻體當(dāng)中進行防水防滲層的涂抹，在實際的涂抹中需要根據(jù)相關(guān)要求實施。涂抹方式在選用中盡可能的采用從上往下的方式進行涂抹，涂抹高度不能大于相應(yīng)的標(biāo)準值；對于墻面連接的位置需要加強重視，墻面當(dāng)中多余的水泥漿等都會對涂層防水防滲性能產(chǎn)生影響，因此就需要將墻體處理干凈實施涂抹。

可知，最大開關(guān)頻率為

可見，滯環(huán)寬度決定了s的高低。環(huán)寬越窄，s越高，負載電流的脈動越小，總諧波畸變越小，電流波形越接近正弦波。但fs的高低與電路的開關(guān)損耗成正比，fs的值越高，系統(tǒng)的效率越低。

圖5 自適應(yīng)電流滯環(huán)控制原理圖

近年來，我國的建筑行業(yè)發(fā)展取得了顯著成效。企業(yè)施工管理模式創(chuàng)新是工程質(zhì)量與工程進度的前提與保障,進而直接關(guān)系到整體工程的安全性。施工管理模式創(chuàng)新也對企業(yè)在市場競爭中能否占據(jù)主導(dǎo)地位起著關(guān)鍵性作用。因此，通過對當(dāng)下市場競爭發(fā)展趨勢的研究，側(cè)重分析了工程施工管理創(chuàng)新的重要性與必要性，運用科學(xué)、合理、先進的創(chuàng)新思路與模式，使我國建筑企業(yè)更好地在殘酷的市場競爭中脫穎而出，更為我國建筑行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

1881年，一個名叫魯?shù)婪颉た枴な┨┨氐牡聡嗄暧昧藥啄甑拇蚬しe蓄，在他的家鄉(xiāng)維斯馬市郊區(qū)經(jīng)營起了一家小小的雜貨店。

2.3 DC/DC變換器的控制

從圖6可以看出，當(dāng)蓄電池進行恒壓充電時，電壓外環(huán)為直流電壓，通過PI調(diào)節(jié)保持蓄電池充電電壓的恒定；內(nèi)環(huán)為直流電流環(huán)，采用滯環(huán)控制。當(dāng)蓄電池以恒流充電或放電時，只有電流內(nèi)環(huán)起作用，滯環(huán)輸出經(jīng)隔離后，對直流斬波電路進行控制，滿足充放電電流恒定的要求。

（二）帶來的挑戰(zhàn)。一是隨著發(fā)達國家政策轉(zhuǎn)向外溢效應(yīng)日益顯現(xiàn)，世界經(jīng)濟中期下行風(fēng)險逐漸積聚，將在貿(mào)易需求、資本流向等方面，對我國經(jīng)濟增長、匯率走勢、資產(chǎn)價格、市場流動性等產(chǎn)生消極影響，加大經(jīng)濟金融面臨負面沖擊的風(fēng)險。二是隨著全球經(jīng)濟增長趨勢走緩，美元升值和跨境資本流入增多，美國貿(mào)易逆差將持續(xù)增長，對華貿(mào)易赤字的焦慮感可能會進一步上升，中美貿(mào)易摩擦可能更加頻繁或趨向長期化。三是部分新興市場和發(fā)展中國家遭受金融動蕩或地緣危機沖擊，出現(xiàn)政局不穩(wěn)或政權(quán)更迭等重大事變的風(fēng)險增加，可能會使我國既有經(jīng)濟合作協(xié)議停滯或受損，并危及海外資產(chǎn)和人員安全。

圖6 DC/DC直流斬波器控制結(jié)構(gòu)圖

3 仿真分析

依據(jù)上述分析的結(jié)果，在Matlab/simulink平臺上建立三電平雙向逆變器系統(tǒng)的仿真模型。

仿真主要參數(shù)如下：交流側(cè)輸入電壓220 V，頻率50 Hz，濾波電感6 mH，直流側(cè)濾波電容470 μF，開關(guān)頻率10kHz，蓄電池電壓240 V。

在這一段簡短的語言描述里，作者綜合運用了多種修辭方法：運用比喻的修辭，在把“廣場”比作“露天公寓”的過程中，形象地再現(xiàn)了蘇比生活的貧窮；運用擬人修辭，通過“打招呼”這一動詞性的短語，把北風(fēng)預(yù)示的寒冷以及這些寒冷給予像蘇比一樣窮人的警告，以一種幽默的方式體現(xiàn)在語言描寫之中；運用借代，作者把像蘇比一樣的廣場流浪漢們，形象地稱之為“房客們”。從而在幽默之中表達著一絲諷刺。

圖7為系統(tǒng)中蓄電池充電時網(wǎng)側(cè)電壓與電流波形。由圖可見，逆變器工作在整流模式時，蓄電池充電時網(wǎng)壓與交流輸入電流相位、頻率一致，能量從電網(wǎng)流向蓄電池。

圖8為蓄電池恒壓充電波形，由于蓄電池充電電壓值一般為276～282 V左右，文中選280 V。通過閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)斬波器占空比使得直流輸出電壓穩(wěn)定在280 V對蓄電池充電。

圖9給出了并網(wǎng)逆變時濾波前的網(wǎng)側(cè)波形，圖10為濾波后波形。由圖9、10可以看出，當(dāng)逆變器工作在并網(wǎng)運行模式下，蓄電池放電時，網(wǎng)側(cè)電壓與逆變輸出電流的相位相反，能量由蓄電池流向電網(wǎng)。

圖11為網(wǎng)側(cè)電流分別在自適應(yīng)滯環(huán)和固定環(huán)寬下的波形比較，由圖可見，自適應(yīng)滯環(huán)控制下流過電感的電流能很好地跟隨其指令值，有效地抑制了諧波電流。

圖7 蓄電池充電時網(wǎng)側(cè)電壓與電流波形

圖8 蓄電池恒壓充電波形

圖9 并網(wǎng)逆變時濾波前網(wǎng)側(cè)電壓波形

4 結(jié)語

本文針對風(fēng)光柴互補發(fā)電系統(tǒng)傳統(tǒng)電流滯環(huán)控制的不足，提出了一種新型的基于自適應(yīng)滯環(huán)控制的動態(tài)調(diào)整滯環(huán)寬度的三電平雙向逆變器并網(wǎng)運行方案，推導(dǎo)出了滯環(huán)寬度和開關(guān)頻率的函數(shù)關(guān)系，在 Matlab/Simulink中對應(yīng)用自適應(yīng)控制算法的單相三電平雙向逆變器進行了仿真分析。結(jié)果表明，三電平雙向逆變器在自適應(yīng)滯環(huán)控制下：整流時，逆變器直流側(cè)輸出電壓恒定，系統(tǒng)控制精度高和穩(wěn)定性好；逆變時，逆變器輸出交流電流能緊密跟隨參考電流變化，正弦度高，功率因數(shù)高，在減小了輸出電流脈動以及逆變橋開關(guān)次數(shù)的同時，降低了電流的總諧波畸變率，進一步提高了逆變器的效率。

圖10 并網(wǎng)逆變時濾波后網(wǎng)側(cè)電壓與電流波形

圖11 自適應(yīng)滯環(huán)及固定環(huán)寬下網(wǎng)側(cè)電流波形

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Research on Three-level Charge and Discharge in a Wind-solar-diesel Hybrid Power System

Chen Xueliang, Zhang Xinmin

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM464

A

1003-4862(2014)2-0001-05

2013-05-14

陳雪亮(1984-)，男，工程師。專業(yè)方向：控制理論與控制工程專業(yè)。