羅靜 四川工商學院

1 光伏并網(wǎng)逆變器和EL功率模型

光伏并網(wǎng)多采用兩電平、多電平實現(xiàn)逆變，本論文結合三相兩電平電壓PWM逆變進行分析和研究。該逆變主電路的設計沒有充分考慮到三相交流電網(wǎng)產生的內阻，將輸出濾波器阻值L和逆變內阻進行等效，確定阻值為R。直流母線電壓電流分別Udc、Ipv，直流輸入側電容電流數(shù)值為Ic，把光伏發(fā)電陣列輸入到逆變器的電流確定為Idc，開關驅動信號定義為Sa～Sc，將把單極邏輯數(shù)學函數(shù)確定為Sj，如果該函數(shù)值為1，逆變回路中的上橋臂處于導通狀態(tài)，而下橋臂完全關斷，而當該函數(shù)值為0，逆變控制回路上橋臂為關斷，下橋臂實現(xiàn)回路的導通。Ua～Uc定義為逆變器輸出側的交流電壓值，ia～ic為對應的相電流，配電網(wǎng)交流相電壓定義為Uea～Uec。那么，光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變在同步旋轉坐標內的數(shù)學模型為：，公式中的Sd、Sq是開關函數(shù)中在坐標系軸上的分量。在同步旋轉坐標系條件下，如果三相電網(wǎng)為平衡狀態(tài)，Ued為配電網(wǎng)相電壓，Ueq為零值，那么逆變器輸入到配電網(wǎng)的有功和無功功率公式為：，Um為相電壓幅值。假設x=(x1、x2、x3)T,x1=p,x2=q、x3=udc，則可以推導出EL功率數(shù)學模型：，模型中的Mp是正定對角矩陣，Jp為反對稱數(shù)學矩陣，而，可以準確地體現(xiàn)出控制系統(tǒng)內部的相互關聯(lián)結構，Rp則可以更好的體現(xiàn)出系統(tǒng)耗散特點，up則很好地反映出輸入控制。

2 最大功率傳輸無源功率控制器

2.1 期望平衡點

根據(jù)光伏并網(wǎng)逆變可以達到的最大傳輸功率、配電網(wǎng)側功率因數(shù)和交流電諧波的要求，Pm值不斷趨向于光伏并網(wǎng)逆變理想的輸出功率值，而q值不斷趨向于零，Udc與光伏發(fā)電陣列最大功率電壓Umax相近，則配電網(wǎng)相電壓需要達到。理想的穩(wěn)定平衡點為X1=Pm，X2=0，X3=Umax。Pm數(shù)值的確定可以根據(jù)穩(wěn)條件下期望功率平衡方程：，公式中的Pmax是光伏發(fā)電陣列中最大功率點對應的功率值。

2.2 無源功率控制器設計

因為并入配電網(wǎng)的光伏逆變器可以建立起EL功率數(shù)學模型，所以，并入配電網(wǎng)的逆變器是無源性的，可以實現(xiàn)對無源功率控制的優(yōu)化設計。假定xe=x-x*，那以EL功率數(shù)學模型則轉變?yōu)?，進一步確定誤差能量函數(shù)為：，就可以確定出無源功率控制公式為，那么無源功率控制函數(shù)可以確定為。從推導公式中不難發(fā)現(xiàn)，We(x)不斷收斂至零速度與Rp有著直接關系，所以收斂速度會不斷減小。由于We(x)收斂至零時，應該注入阻尼進行調節(jié)，阻尼公式為Rdxe=Rpxe+Raxe，可以將光伏發(fā)電逆變器EL功率模型轉變?yōu)?，那么在We(x)收斂至最小值時，如果選取的Ra遠大于R，那么We(x)收斂到零是由Ra決定的，也就是提升了光伏逆變器的對R改變的魯棒性。需要確定最為合理的Ra可以保證We(x)迅速地收斂到0，則可以很好證明無源功率控制器可以完成設定的控制目標。再對上述兩個方式進行推導，光伏逆變器則以很快的速度對Pm*進行追蹤，也就可達到最大功率實現(xiàn)上傳的控制目標。

3 實驗仿真

對環(huán)境參數(shù)進行設置，確定好適當?shù)墓庹諒姸?，在標準環(huán)境狀態(tài)下，光伏發(fā)電陣列的最大功率點電壓值為Umax=352V,Imax=19.5A,光照強度每間隔0.1秒出現(xiàn)400W/m2的方波跳變，運行溫度以正弦波發(fā)生改變，溫度運行區(qū)間為10-40℃。配電網(wǎng)相電壓峰值達到160V,電抗值設置為15mH，電抗器及逆變器內阻值采用0.2Ω，直流母線側電容值2200μF。根據(jù)上述參數(shù)組建仿真模型，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)條件下輸出側可以達到功率因數(shù)和電流波形正弦度的需要表明逆變器輸出電流和有功功率可以實現(xiàn)很好的追蹤功能。