三峽電力職業(yè)學(xué)院 熊京晶

武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 胡夢(mèng)月

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)制方法的仿真研究

三峽電力職業(yè)學(xué)院 熊京晶

武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 胡夢(mèng)月

隨著單晶硅材料制造技術(shù)的進(jìn)步，光伏組件制造成本逐步降低，太陽能發(fā)電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性上已經(jīng)能夠與核能發(fā)電、水力發(fā)電展開競(jìng)爭(zhēng)，主要技術(shù)難點(diǎn)集中在并網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化問題。本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)研究的現(xiàn)狀,以光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的調(diào)制方法作為本文的研究重點(diǎn)，分別對(duì)兩種調(diào)制方法SPWM和SVPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模并將其應(yīng)用到三相光伏發(fā)電并網(wǎng)仿真系統(tǒng)中，根據(jù)電壓電流輸出曲線對(duì)比兩種模型的優(yōu)劣，驗(yàn)證了SVPWM方法的優(yōu)越性。

光伏并網(wǎng)；逆變器；SPWM；SVPWM

0 引言

國(guó)內(nèi)外關(guān)于光伏并網(wǎng)技術(shù)的研究主要集中于逆變控制技術(shù)與并網(wǎng)優(yōu)化，光伏逆變電路可分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路，電流型逆變電路又可分為基于電壓量的控制策略和基于電流的控制策略。其中脈寬調(diào)制法為最常見的脈沖調(diào)制方法，主要包括正弦脈寬調(diào)制法、空間矢量脈寬調(diào)制法、特定諧波消除脈寬調(diào)制法等。本文的重點(diǎn)在于研究光伏逆變器的SPWM與SPVWM調(diào)制方法，介紹這兩種調(diào)制方法的原理及在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過仿真比較兩種方法的優(yōu)劣，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)優(yōu)化有較大意義。

1 SPWM調(diào)制法原理

正弦脈寬調(diào)制法在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。隨著全控型電力電子器件和高速微處理芯片的迅速發(fā)展，正弦波脈寬調(diào)制在光伏并網(wǎng)逆變器中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

2 SVPWM調(diào)制法原理

空間矢量脈寬調(diào)制法是從交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈分析的角度出發(fā)，以控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈空間矢量軌跡逼近基準(zhǔn)圓為目的，從而降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、改善其運(yùn)行性能的一種基于空間矢量來實(shí)現(xiàn)調(diào)制波輸出控制的一種方法。當(dāng)把SVPWM應(yīng)用于逆變器控制時(shí)，能有效地減少輸出電流的諧波含量并對(duì)逆變器起到一定的保護(hù)作用。

3 建模實(shí)現(xiàn)與仿真分析

3.1 SPWM模型

采用matlab自帶的PWM模塊，搭建三相光伏并網(wǎng)仿真模型。

圖1 三相光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 SVPWM模型

第一步，判斷扇區(qū)。根據(jù)參考電壓Uref所在的靜止坐標(biāo)系Uα和Uβ來判斷扇區(qū)N，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如所示。

表1 N與扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)

第二步，計(jì)算相鄰兩個(gè)矢量分別作用的時(shí)間T1、T2。經(jīng)過計(jì)算，可得各個(gè)扇區(qū)的基本矢量作用時(shí)間T1、T2賦值表如表2所示。

表2 T1、T2賦值表

賦值后，對(duì)T1、T2進(jìn)行飽和判斷，當(dāng)T1+T2T時(shí)，T1取T1T/( T1+T2)，T2取T2T/( T1+T2)。

第三步，合成空間電壓矢量。

圖2 扇區(qū)矢量切換點(diǎn)示意圖

首先要計(jì)算ABC三相上橋臂開關(guān)的時(shí)間切換點(diǎn)Ton1、Ton2、Ton3。定義Ta=(T-T1-T2)/2,Tb=Ta+T1，Tc=Tb+T2，則空間矢量切換點(diǎn)如表3所示。

表3 各扇區(qū)對(duì)應(yīng)的矢量切換時(shí)間

得到的矢量切換點(diǎn)與三角波比較即可獲得六路脈沖波，以控制六個(gè)開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)SVPWM。根據(jù)以上分析在matlab/simulink中搭建以下模型：

圖3 SVPWM控制模塊simulink模型

圖4 生成矢量切換時(shí)間點(diǎn)模型

3.3 仿真結(jié)果

圖5 SPWM法并網(wǎng)電壓電流波形

圖6 SPWM法A相并網(wǎng)電壓與電流

圖7 SVPWM法并網(wǎng)電壓電流

圖8 SVPWM法A相并網(wǎng)電壓電流

由圖5與圖6可見并網(wǎng)電壓基本保持不變，因?yàn)楣夥嘘嚥捎脽o窮大電源作模型，并網(wǎng)電流在一開始的0.1s內(nèi)有畸變，電流的諧波分析顯示諧波含量為5.46%，諧波率較大，超過IEEE Std 1547-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5%的范圍。

由圖7與圖8可見電壓波形為穩(wěn)定的的三相正弦波，并網(wǎng)電流只在初期非常短的時(shí)間內(nèi)有些波動(dòng)，很快達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)諧波分析顯示諧波率為2.59%，與SPWM法仿真所得的諧波率相比，SVPWM結(jié)果更符合國(guó)家新能源并網(wǎng)要求。

4 結(jié)論

本文分別介紹了SPWM和SVPWM兩種調(diào)制方法的原理及實(shí)現(xiàn)方法，并在matlab/simulink中建模進(jìn)行仿真，得出以下結(jié)論：（1）使用SVPWM方法比使用SPWM調(diào)制方法時(shí)并網(wǎng)電流的畸變時(shí)間更短，可以控制在一個(gè)周波以內(nèi)。（2）使用SVPWM調(diào)制方法時(shí)并網(wǎng)電流的諧波率更小，僅為2.59%，驗(yàn)證了SVPWM適用于光伏并網(wǎng)裝置的優(yōu)越性。

[1]周雪松.光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略[J].華東電力,2010,1.

[2]代林旺.基于PWM整流器大功率光伏陣列模擬電源的研究[J].電氣傳動(dòng),2013,7.

[3]陳煒.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響研究綜述[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2013,2.

[4]楊玉林.光伏并網(wǎng)逆變器的研究[M].武漢理工大學(xué),2012.

熊京晶（1990—），女，湖北宜昌人，助理講師，主要從事分布式發(fā)電與微電網(wǎng)方面的研究。