光伏并网逆变器复用技术仿真研究

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1、光伏并网逆变器复用技术仿真研究摘要：光伏并网逆变器的富余功率容量可以补偿非线性负载的谐波电流。采用能量回馈MPPT算法能够将有功功率逆变器控制与光伏电池输出电压控制结合起来，达到较高的能量效率。利用FBD算法能够实时检测非线性负载电流中的谐波成分，并加以补偿。仿真模型和结果验证该方法的有效性。　　关键词：光伏电池；并网逆变器；有源电力滤波器；最大功率点跟踪　　引言　　目前，全世界共同面临的能源短缺与全球气候变化已经成为制约经济发展，甚至威胁人类生存的重大问题。现代工业的发展给电网带来了大量的谐波电流

2、污染，致使电能利用效率降低，损耗严重。取之不竭的太阳能成为最有发展前途的新能源之一。　　太阳能光伏电池组的并网逆变器是按照最大功率需求设计的，工作中极少满负荷运行，夜晚时段更是处于空载状态。有源电力滤波器（ActivePowerFilter，APF）对于解决谐波问题具有技术优势，但因价格昂贵其应用受到很大限制。利用光伏并网逆变器的功率余量代替APF，补偿电网中的谐波电流，可以提高设备利用率，减少电网损耗，实现"开源"和"节流"并举，有重大的经济效益和技术优势。　　本文以三相光伏并网逆变器的复用技术为

3、重点，在Matlab/Simulink环境下建立了光伏电池组的仿真模型，研究了最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）控制、电网谐波电流检测算法、逆变器输出电流控制算法，能够实现光伏电池的有功功率并网发电同时兼顾无功补偿和谐波治理，仿真模型和结果证明了这种方案的正确性，也为仿真技术在光伏并网和节能方面的应用开辟了新的应用领域。　　1光伏电池组I-V特性　　光伏电池单元由同一半导体基体上的多个串、并联的PN结组成，在无光照条件下与普通二极管特性一样，只有在光线照射

4、下才能产生电势。光伏电池单元可以用光生电流源与旁路二极管表示，为了更接近实际情况加入了结电容、分布电阻等参数，其等效电路如图1所示。　　光伏电池单元在光线照射下产生的电流Ilm 与光强、温度等有关，二极管的旁路电流与端电压、温度有关。恒定光照条件下，光伏电池的光生电流Ilm 恒定不变，忽略结电容的影响，光伏电池的I-V特性如下式所示：　　上式中的Io是二极管反向饱和电流，q是电子的电量(1.6×10?19C)，k是波尔兹曼常数(1.38×10?23J/K)，T是环境温度。　　不同光照条件下，光伏电池

5、最大电流与光强成正比，而最大电压则略有增加，成对数关系。PN结温度的升高会造成输出功率下降。　　2逆变器复用系统原理　　光伏逆变器分为离网型和并网型两大类，离网型逆变器多用于偏远地区，连接的负载少且因为与电网无连接，所以不存在谐波问题，也就没有逆变器复用的要求。并网型逆变器与电网连接，负载种类多且存在谐波问题的可能性大，因此逆变器复用技术主要用于并网型光伏逆变器。　　并网逆变器的拓扑结构也有多种多样，主要可分为带工频变压器、带高频变压器和无变压器三类。额定容量大于30kW的高功率光伏逆变器均采用三相

6、工频逆变器的拓扑结构，况且对于逆变器复用来说，拓扑结构的影响不大，故选择带工频变压器的电路拓扑结构。并网光伏逆变器系统结构及电路连接方式如图2所示。光伏并网逆变器与APF一样，都是与电网和负载并联，在主电路结构上也相同，都是电压源型三相全桥逆变器（VSI）。两者的区别是逆变器输出的电流主要是基波有功电流，而APF主要输出谐波电流；光伏逆变器的电流幅值由光伏电池提供的电压、功率决定，APF的电流幅值由负载电流中的谐波电流含量决定。　　光伏并网逆变器和APF对输出电流的控制也是一样的，即通过控制VSI的

7、输出电压达到控制输出电感rL两端的电压差的目的，而电感两端的电压差就决定了电感中的电流变化规律。按照光伏电池组输出功率和负载电流谐波情况，确定VSI的输出电流后，使输出电流控制指令同时满足上述两个要求。然后依据电流变化的要求确定VSI的开关工作状态即输出电压，达到逆变器复用的目的。　　3功率反馈MPPT算法　　在特定光照、温度等外界环境条件下，光伏电池在I-V曲线的某一点上有最大的输出功率。光伏逆变器必须调节光伏电池工作点与环境、负载匹配，以获得最高的发电效率，这就是光伏电池的最大功率点跟踪。　　在

8、光伏电池结温不变条件下，其最大功率点的电压基本不变，因此可以采用控制光伏电池输出电压为恒定值的方式跟踪最大功率点。恒电压跟踪法虽然简单，但是无法在结温变化、荫影遮挡、阴晴天气的条件下跟踪到最大功率点，因此仍有发电效率的损失。　　扰动观察法能够更有效的跟踪光伏电池的最大功率点。通过不断改变光伏电池电压，通过比较不同电压下的输出功率，确定电压变化的方向是否正确，只要逆变器能够按照正确的方向改变输出电压，就能够一直跟踪光伏电池的最大输出功率点。这种方法的缺点是工作点总是围绕