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作为发电装置,并网光伏发电系统不但要满足电网的入网要求,同时必须有高运行效率,而这些目标都是通过对系统中的可控单元——逆变器进行有效控制实现的。本文以并网光伏逆变器优化控制技术为研究对象,对逆变器输出并网电流波形控制技术、光伏阵列最大功率点跟踪方法、多逆变器并联群控策略等问题进行了系统深入的研究。
并网逆变器数学模型是并网光伏发电系统研究中的基本问题。本文建立了并网逆变器三相静止坐标系与同步旋转坐标系下的数学模型,并对理论模型的参数敏感性进行了分析。该部分内容是进行控制系统设计的理论基础。
在深入分析影响输出电流波形质量的因素之后,本文提出了一种同步旋转坐标系下重复控制与比例积分(Proportional Integral,PI)控制相结合的复合电流控制策略及其改进方案,并对控制器的参数设计方法进行了详细的讨论。仿真与实验结果表明:与PI电流控制策略相比,在同样的实验条件下复合电流控制策略能够使逆变器输出电流总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)降低1.5%以上。
最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)是提高系统电源(光伏阵列)发电效率的重要手段。本文从理论角度对扰动观测法与增量电导法两种经典的MPPT算法进行了分析与比较,并推导出避免算法出现误判断的量化约束条件。理论分析表明,增加扰动步长可以有效提高算法的抗扰性能。针对实际运行过程中直流母线电压崩溃的现象,本文给出一种具有直流电压反馈控制的MPPT控制器设计方法。现场实验结果表明,采用该方法设计的MPPT控制器可以快速跟踪光伏阵列最大功率点,在复杂变化的天气条件下实现系统稳定运行。
本文还提出一种适用于共直流母线逆变器并联拓扑结构的群控策略以提高低运行功率条件下系统的电能变换效率。针对群控策略,本文提出一种基于电网电压采样的多逆变器随机主从关系设定方法,并对该方法的正确性进行了理论证明。由两台逆变器构成的实验平台对群控策略的可行性进行了验证。
最后,基于理论分析和研究,本文研制了两台并网逆变器实验样机,其中10kW单级式三相并网逆变器用于控制策略及算法的实验室验证;而具有自主知识产权的国内首台150kW并网逆变器样机则安装在西藏羊八井进行现场实验研究。除群控策略外,本文所提出的各种控制策略和方法在150kW样机上均得到实施和验证。