光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究外文翻譯

1、早地筱針俺丈丿外文翻譯題 目：光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí):學(xué) 生:任磊（20114220）指導(dǎo)教師:李生民職 稱:副 教授高科學(xué)院 年實(shí)現(xiàn)光伏數(shù)字控制電源逆變器的設(shè)計(jì)摘要逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)接口，而它的控制技術(shù)已經(jīng)成為 研究的熱點(diǎn)。木文簡(jiǎn)要介紹了光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，逆 變器的線性控制模型，它的控制設(shè)計(jì)和數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的工作過(guò)程受到關(guān)注。 提岀要實(shí)現(xiàn)在正弦電流控制零穩(wěn)態(tài)謀差，采用帶通濾波器bpfm （帶通濾 波器的模式）,控制器和逆變器控制輸出的電流，實(shí)現(xiàn)tms320lf2407a （dsp）高性能逆變器的并網(wǎng)。采用控制器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)和仿真

2、數(shù)字信 號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)小型光伏逆變器的控制。關(guān)鍵詞：光伏，電源逆變器，零穩(wěn)態(tài)，帶通濾波器，數(shù)字信號(hào)處理 器1引言隨著煤，石油和其他化石燃料的枯竭，太陽(yáng)能作為一種清潔，安全， 綠色，可再生能源，止在成為一個(gè)高污染的化石燃料的主耍替代能源。在 最近的幾十年屮，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)得到了空前的發(fā)展，包括利用太陽(yáng) 能光伏發(fā)電技術(shù)已成為一個(gè)重要的手段?？稍偕茉春筒⒕W(wǎng)逆變器的關(guān)鍵 設(shè)備，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口的主要設(shè)備，光伏發(fā)電逆變控制技 術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主耍是數(shù)字控制系統(tǒng)，它具 有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制靈活，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)與維修方便等。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電主耍分為獨(dú)立型和

3、并網(wǎng)型倆中，而逆變器無(wú)論在那倆中型 中都耍應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有以下不同的三個(gè)特點(diǎn)：1效率高：由于一 般矩陣卜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率很低，一般小于15%,因此需要高效 率的逆變器；第二，波形畸變小，功率因數(shù)高：并網(wǎng)型太陽(yáng)能電站輸出的 點(diǎn)與外部并網(wǎng)，逆變器輸出波形必須與外部電網(wǎng)相一致。要滿足波形失真 小于5%的耍求，其諧波含量高于3%,功率因數(shù)接近仁第三是在復(fù)雜的 環(huán)境中使用時(shí)，穩(wěn)定性耍求高，而用于邊遠(yuǎn)山區(qū)的發(fā)電和獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電廠的所在的島嶼，環(huán)境相對(duì)較差?；诨謴?fù)特性的逆變器，口前研究的 各種方法對(duì)家庭和并網(wǎng)光伏發(fā)電也被稱為電磁干擾小，不影響其他的生活 環(huán)境。2分析數(shù)字控制的設(shè)計(jì)相對(duì)于傳

4、統(tǒng)的模擬控制，數(shù)字控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，如對(duì)扭轉(zhuǎn)復(fù)朵控制 算法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)這樣的參數(shù)識(shí)別、智能控制、網(wǎng)絡(luò)控制得到了改善，提高 了系統(tǒng)的控制性能，更靈活的帶寬增益設(shè)置控制參數(shù)，通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)的軟 件，而硬件結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單，它的部件數(shù)少；避免存在溫度漂移的模擬，提高 了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性；老化問(wèn)題的到解決，易維修和保養(yǎng)。這是因?yàn)閿?shù)字控制技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，電氣設(shè)備中使用數(shù)字控制已成為 主流。在電力傳輸?shù)臄?shù)字控制領(lǐng)域已經(jīng)流行，但在電力領(lǐng)域，口前市場(chǎng)上 的主流產(chǎn)品仍然是模擬控制。這是由兩個(gè)原因造成的：第一，電力傳輸設(shè) 備的機(jī)械負(fù)載是負(fù)載電源。后者比前者的時(shí)間常數(shù)的低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此, 為了保持聯(lián)系和控制延遲更敏感的數(shù)

5、字控制采樣。傳統(tǒng)的模擬控制器，控 制性能將顯著卜降。其次，對(duì)于大量的中小型電源，dsp的價(jià)格太高，增 加了控制成本的壓力。然而，近年來(lái)，隨著技術(shù)方案和硬件成本的下降，使數(shù)字控制的逆變 電源各種控制選項(xiàng)性能已大大提高：主要包括數(shù)字pid控制，無(wú)差拍控制, 重復(fù)控制，滯壞電流控制。這些控制方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：pid控制在工業(yè) 小的廣泛應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，數(shù)字pid控制簡(jiǎn)單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能仍不理想?；趧?dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的無(wú)茅拍控制方法的系統(tǒng) 狀態(tài)方程，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差?；谥芷谛院奢d重復(fù)控制系統(tǒng)的內(nèi)模原 理，但對(duì)于隨機(jī)免疫性能差。此外，逆變器控制方法述包括變結(jié)構(gòu)控制， 模糊控制和神

6、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。光伏逆變器的特點(diǎn)，本文建立了一個(gè)線性的并網(wǎng)逆變器的控制模型，在對(duì)傳統(tǒng)的pid 控制的不足的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了在零穩(wěn)態(tài)正弦電流控制誤差的條件下，帶通 濾波器的類型（bpfm使用帶通濾波器模式）控制器和逆變器輸出電流的 控制，實(shí)現(xiàn)高性能逆變器和網(wǎng)絡(luò)操作。在分析的基礎(chǔ)上，控制方案選擇的 方法，以及系統(tǒng)參數(shù)的仿真設(shè)計(jì)，以dsp作為控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)小型光伏逆變 器的控制。3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由光伏陣列，直流/直流（boost 升壓電路），逆變器電路，采樣電路，dsp控制器和隔離變壓器六個(gè)主要 部分組成，該系統(tǒng)是一個(gè)有兩個(gè)階段的隔離變壓器的逆變器系統(tǒng)，根據(jù)實(shí) 際需要

7、，獲得獨(dú)立和操作模式倆種網(wǎng)絡(luò)。太陽(yáng)能光伏列陣將收集到一個(gè)直 流電源，然后通過(guò)升壓器轉(zhuǎn)化為400v的直流電壓源，與光伏陣列實(shí)現(xiàn)最大 功率點(diǎn)跟蹤（mppt）,這樣有助于提高系統(tǒng)的整體效率，而且容易實(shí)現(xiàn)全 橋逆變電路的網(wǎng)絡(luò)控制。逆變器頻率采用的是單極性正弦脈寬調(diào)制（spwm）的方法，在不增加開(kāi)關(guān)頻率的前提下，提高了諧波頻率的spwm 波形，使輸出電壓的諧波分量可以有效的控制。過(guò)濾開(kāi)關(guān)全橋電路高頻 spwm逆變器輸岀濾波的正弦波基本為當(dāng)?shù)刎?fù)荷和實(shí)現(xiàn)單機(jī)模式；也可以 通過(guò)高頻隔離變壓器向電網(wǎng)提供電力，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作模式。高頻隔離變 壓器（匝比kt=1:1）隔離的直流電流分量，降低了電網(wǎng)的電氣設(shè)備和人 身

8、的安全的接觸。整個(gè)系統(tǒng)的模式選擇，spwm波的生成，網(wǎng)格鎖，測(cè)試 參數(shù)的處理和保護(hù)是由dsp芯tms320lf2407a統(tǒng)一完成。1.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)框圖4并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能電池陣列的重要組件，其核 心部分可以對(duì)發(fā)岀的直流電力到電網(wǎng)改變成交流電，并最終從逆變器的交 流電流并網(wǎng)。逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2,并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)淦溴?ud的光伏陣列的電壓通過(guò)升壓電路的直流電壓源;選擇開(kāi)關(guān)igbt 逆變模塊;使用頻率隔離變壓器漏感和輸出lc濾波器的lcl前級(jí)結(jié)構(gòu)組成。 理論分析表明，lc結(jié)構(gòu)和lcl結(jié)構(gòu)高頻成分衰減呈高阻狀態(tài)，可以有效地 抑制諧波電流的影

9、響。逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示等效。ug電網(wǎng) 電壓；隔離變壓器；t-converted漏電感，逆變器作為并網(wǎng)電感。圖3并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)涞葍r(jià)圖4.1并網(wǎng)逆變器的控制方案變頻是網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的一個(gè)重要部分，輸出控制口j分為兩 種包括電壓和電流的控制。逆變器輸出電流的相位和大小的控制，以實(shí)現(xiàn) 單位功率因數(shù)和能量輸出的控制，大大降低諧波污染對(duì)輸出電流的影響。 變頻器控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。igbt的開(kāi)關(guān)頻率在20khz以上，50hz 以下。因此，為了方便切換對(duì)系統(tǒng)的影響分析，可以近似為一個(gè)鏈接spwm 逆變器。圖4并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)原理圖制框圖如基于以上分析并網(wǎng)逆變器控圖5所示。其中

10、，g (s)為lcl濾波器的傳遞函數(shù),即:冊(cè)門(mén)=，=gc (s) 系統(tǒng)控制器的傳遞函數(shù)；h (s)傳遞函數(shù)的電流檢測(cè)電路；芯片(s) 電網(wǎng)的電壓和電流參考信號(hào)同步。圖5并網(wǎng)逆變器控制框圖口前，電流模式控制策略有多種方法，典型的是滯環(huán)電流跟蹤控制 和兩個(gè)恒定的開(kāi)關(guān)頻率的電流控制5。本文所要克服的缺點(diǎn)是滯后的三角 控制的電流控制，它是一個(gè)固定的開(kāi)關(guān)頻率的方案，如圖6所示，是其屮 的控制框圖，止弦電流參考值iref,并輸出憐態(tài)電流由控制器調(diào)節(jié)，被發(fā)送 到比較器，與三角波比較的spwm信號(hào)來(lái)控制主電路功率和結(jié)束轉(zhuǎn)彎得。 在此控制模式屮，電源開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)關(guān)頻率是固定的，是載波頻率，這是 在更方便的高頻濾

11、波器的設(shè)計(jì)中，輸出電流的諧波分量包含以下6。在這 項(xiàng)研究小，控制器使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的，可靠的pi控制模塊。圖6三角波的比較原理控制圖4.2濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)由于逆變器采用獨(dú)立的lc濾波器結(jié)構(gòu)，并網(wǎng)工作時(shí)，lc濾波器與電 感器l2串聯(lián)，然后進(jìn)入電網(wǎng)，它使用一個(gè)lcl濾波器，所以l1和c設(shè)計(jì) 有獨(dú)立的工作設(shè)計(jì)參數(shù)要求：1）電感器l1的選擇：電流取額定電流，通過(guò)ilmax設(shè)計(jì)到0.909 a.要求逆變器輸出220v /looovao在單極性spwm調(diào)制頻率中，載波頻率f c的輸出電壓為開(kāi)關(guān)頻率f s的2倍，則電感電流和電感almaxli的表達(dá)之間的關(guān)系是:實(shí)際取l仁3.05mh2）假設(shè)濾波器電感電流紋波

12、由濾波器電容器吸收,所述輸出電壓紋波較大：因此，在限制電壓紋波的要求:- 32tted如果為1.5%或更低的輸出電壓紋波，則冇：c > 0.988pfactualtake c=1.6|if.3）網(wǎng)格屯感l(wèi)2的選擇:逆變器在工作吋，l2的作用是抑制高頻紋波 電流。對(duì)于不同的電流，l2的選擇也不同，并且一般l2 = kl17 8, k 的選值不同，諧振頻率將只影響高頻（其共振頻率的較小的k值變?nèi)藭r(shí)， 諧振頻率的較人的k值將使其更?。┑某叽纾挥绊懰牡皖l率的特性。 在此設(shè)計(jì)屮，l 2由隔離變壓器次級(jí)漏感，考慮到在最終選擇電感器l2的 使用隔離變壓器的實(shí)際情況是9.6毫亨。4.3基于dsp控

13、制的實(shí)現(xiàn)tms320lf2407a ti的芯片處理速度40mi/秒，具有強(qiáng)大的功能。高 性能dsp內(nèi)核具有強(qiáng)大外圍單元，逆變器口j以達(dá)到實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制。在充分 比較單元使用其事件管理模塊（ev）可產(chǎn)生全橋逆變器控制的電源管電壓 脈沖。在預(yù)先存儲(chǔ)的正弦表dsp程序空間來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦電流參考產(chǎn)生。由于 n個(gè)具有相同頻率的調(diào)制比mf值表屮的數(shù)據(jù)長(zhǎng)，用20khz的，頻率調(diào)制 在50赫茲，因此，n=40020khz的數(shù)字spwm發(fā)生的原理如下：定時(shí)器預(yù)分頻器t3被設(shè)定為x /1計(jì)數(shù)模式設(shè)定為連續(xù)變化模式，在 相應(yīng)的周期寄存器的值被設(shè)置為1000,以便它可以注冊(cè)并設(shè)置死區(qū)，以避 免其他情況的發(fā)生。在每一個(gè)周期（

14、定時(shí)器下溢屮斷）下，根據(jù)查表指針, dsp正弦波獲得來(lái)自數(shù)字參考相應(yīng)的程序并指定為比較寄存器rcmp,同 時(shí)加入一個(gè)查找表指針，在一個(gè)正弦周期將被復(fù)位到第一地址的基準(zhǔn)正弦 波查找表的指針。因此，在相應(yīng)的pwm輸出口，產(chǎn)生spwm波形。對(duì)于逆變器輸出電流和電網(wǎng)電壓跟蹤鎖定請(qǐng)求，此數(shù)字pll （鎖相環(huán)） 控制策略。使用定時(shí)器t3周期小斷啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電壓和逆變器輸出電流dsp 的a/d端口進(jìn)行采樣，為50ps的采樣周期，如圖7所示的時(shí)序圖，其屮, t0t4的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，定時(shí)中斷周期時(shí)間為和，而開(kāi)始2路的a/d 轉(zhuǎn)換器，電壓和采樣的電流反饋量，相對(duì)于采樣點(diǎn)的擴(kuò)展控制點(diǎn)的采樣方 法僅半個(gè)開(kāi)關(guān)周期的時(shí)間

15、，控制實(shí)時(shí)間強(qiáng)。在t2a是a/d轉(zhuǎn)換完成， 鎖入該程序，兩次程序屮的頻率的大小來(lái)確定上升沿，即用于表示周期計(jì) 數(shù)值。計(jì)數(shù)從每個(gè)小斷周期的上升沿過(guò)零時(shí)間開(kāi)始，每計(jì)數(shù)單元為50ps, 20ms為400部，相位差也被從計(jì)數(shù)屮獲得。圖7采樣控制時(shí)序圖在此之前確定電網(wǎng)電壓的相位鎖定頻率，以求岀是否在正常范圍內(nèi)。 如果在正常范圍內(nèi)，則計(jì)算所述逆變器輸出電流的周期為當(dāng)前查找表指針 值的下一個(gè)周期;然后查表與網(wǎng)格接入點(diǎn)，以獲得參考電壓跟蹤鎖相環(huán)電流; 最后，在pi控制算法的基礎(chǔ)上執(zhí)行，直到時(shí)間為t3。定時(shí)器溢出屮斷的t4 時(shí)刻，與p|計(jì)算值的比較來(lái)加載比較寄存器cmprxo在圖8所示的框圖 的范圍dsp程序的

16、p id控制算法。< st 晳* sampl'g 皿）|'"尸心幻-血）i少（斤尸，幻（辰1） i應(yīng)心一芒片如"）i + :»"1） i（return ）圖8 pid控制算法框圖5.仿真和實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證逆變器的設(shè)計(jì)與程序的正確性，對(duì)于相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)，具 體參數(shù)設(shè)置如f：額定功率pn=1千瓦;宜流母線電壓ud=400 v：直流母線電容cd=2200 u f/450 v;逆變器輸出濾波器電感l(wèi)l=3.05mh;逆變器的輸岀濾波電容c =1.6 u f/400v;功率開(kāi)關(guān) igbt 模塊類型選擇 bsm20gp60, id =20 a,

17、vces=600 v;隔離變壓器參數(shù)：勵(lì)磁電感為340mh,二次側(cè)漏感l(wèi)2=9.6mh, 變比 220v/220v=1 o用仿真軟件以獲得圖9中，在那里為電網(wǎng)的高幅電壓波形的峰值電壓是 311 v的波形；逆變器電流輸岀的幅度，其峰值電流為6.42 ao系統(tǒng)模擬和實(shí)驗(yàn)波形逆變器和50赫茲的凈電流的頻率的輸出，可以跟 蹤電網(wǎng)電壓相位，以實(shí)現(xiàn)能量的單位功率i大i數(shù)為2.561 %。-400圖9逆變器并網(wǎng)工作的仿真波形6 結(jié)論本文重點(diǎn)介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)及逆變器，并在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和數(shù)字 化中實(shí)施，并采用簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)，控制靈活，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等作 為控制dsp器件來(lái)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)固定的控制。最后，仿真和

18、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該 設(shè)計(jì)可以達(dá)到良好的網(wǎng)逆變器輸出電流跟蹤電壓，并具有良好的結(jié)果和較 低的總諧波失真正弦波。參考文獻(xiàn)1 abeyasekera t, johnson cm, atkinson dj, et al. suppression of line voltage related distortion in current controlled grid connected converters ieee trans on power electronic, 2005,20 (6) :1393-14012 wei xu. "inverter solar power stations

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