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离网型光伏逆变器的控制技术仿真研究

更新时间:2009-03-28

光伏电站的主要形式包括了离网方式和并网方式,并网光伏电源通过功率把电流输送到电网,而并联离网光伏逆变器则是使用电压源向其负荷进行供电,其系统模式主要分为集中式系统和户用型发电系统。集中式及户用式的光伏系统是离网光伏的运行系统主要组成部分。其中集中光伏发电的系统又称为光伏电站。离网作为光伏电站的一个主要特征,其发输电在同一个区域内,且其会靠近客户端并且不需要使用高压输电系统完成输电,在很大程度上可以减少相关设备投资费用。传统电力系统中高压输电设施会遭受自然灾害和恶劣天气等的破坏,从而导致用户长时间内不能正常用电,供电的可靠性不能得到保障。实际运行过程中,该种发电站的实际输出系统损耗远比传统系统能耗低,不会在发电设施上发生化学反应,也没有转动旋转机装置,因此离网式光伏发电站运作成本很低,管理模式很简单,占地面积小且建设周期短,可以实现资本回收。

1 离网光伏逆变系统的结构分析

在离网光伏发电系统中,逆变设备的供电质量以及其实际的容量标准要求随着经济的变化发展逐渐提升,与不同形式逆变侧的并联结构特点相结合,本文的主要结构形式为集中控制的并联式结构,帮助提升其供电的容量以及输出电能的质量及其用电安全性和可靠性。

剧场的大门开了,人们头也不回地朝外走去,我相信在以后的日子里,即使碰见,他们也会装作不认识,即使别人问起,他们也不会对外多说半个字,这次演出将和他们的秘密一起被埋在心底的最深处,永远不再碰触,而他们的表演,也已被记录下来,将放映在那些专爱花大钱欣赏最真实的人性表演的富人面前。

离网光伏并联逆变系统的结构如图1所示,光伏组件所需直流电压,可通过前级直流开压模块而获得,利用最大功率的跟踪技术快速提升光伏的电池板,后级的单相桥式逆变设备的负压供给由T型的滤波设备完成,继而促使整套光伏逆变的模块形成,离网光伏的逆变系统由多模块的并联式供电结构组成。电压调节器是各模块电流指令信号,其电力调节器独立跟踪电流参考信号可以获取平均电流的效果。

靠窗一张大书案,上面很乱,堆着宣纸。砚台里的墨还很新鲜,墨迹沿着斜放在上面的毛笔已经延伸到了书案上,墨色从书案上的一张宣纸上浸出来一团。宣纸上是一幅未完成的女人肖像画。夏冰用枪轻轻将画纸摊平,画上的女人是雪萤。

  

图1 离网光伏并联逆变系统结构

2 改建重复控制设计

2.1 改进重复控制的原理

图5为加入校正环节前后的波特图,其中,虚线为校正前的波特图,实线为校正后的波特图。由仿真结果可知,加入整个校正环节后,在1KHZ的带宽内实现了零相移,补偿效果较好,满足了控制要求。

由图1可知,温度升高,在一定时间内铁的溶出率增大。主要原因为:温度升高,硫酸铁盐溶解度增大,且温度升高可以增大传质扩散速率,从而加快了硫酸铁盐的溶出速率。

 

(1)

 

(2)

  

图2 改进重复控制的电压调节器结构图

为了逼近电流内环传递函数,取极点角频率wp=60k rad/s,阻尼比ε=1,可得公式(4)。

在进入海滩和海水后,等待吸管的宿命将会是“粉身碎骨”:在海浪的拍打和紫外线的聚焦下,塑料吸管有很大可能会变成小块的塑料碎片;在海风和海浪的强大作用力下,近海的塑料碎片有很大的机会开启一场远洋探险,最终成为臭名昭著的大洋中心巨型垃圾岛的一部分。

 

(3)

图2为改进重复控制的电压调节器结构,其中,Vref为电压参考信号 ;Z-N为周期延迟环节;C(z)为校正环节;Vc为电压环输出信号;Gvc为电流内环闭环传递函数;d为干扰信号;Kv为电压采样系数 ; Q(z)为滤波环节,它的理想值是无限接近于1的传递函数或某一常数,实际应用时,一般取略小于1的常数,取Q(z)=0.9;GpR(z)+Gh(z):带谐波补偿的准比例谐振控制器。

 

(4)

伯德图如图3所示,蓝线为实际传递函数的bode图,红线为简化传递函数的bode图,结果可知,简化传函可近似表示实际传函。

  

图3 简化传函与实际传函的波特图

  

图4 是否考虑电流环波特图

由图4可知,两种情况的幅频特性和相频特性曲线有很大差别,尤其是考虑电流内环影响的相频特性曲线,在1KHZ的带宽范围,补偿对象的相位严重滞后。若仅用超前环节对补偿对象进行相位校正,在带宽范围内相位不能无限接近于0°;若设计适当的超前环节,虽然能校正到0°,但补偿带宽范围较小,补偿效果不好。

2.2 校正器的参数设计

其中,为超前滞后环节,a=0.9045,为了抵消控制对象的极点;b=0.65; C=0.3;ZK为超前环节;是增益补偿系数,它的大小可改变系统误差的衰减速度,也会影响系统的稳定性。本文取Kr=0.5,幅值在单位圆内,系统稳定性较好。超前环节ZK 可校正Gp(z)、S1(z)和S2(Z)的滞后相位。

电压环主要控制的是工频信号,由于非线性负载最高谐波次数一般是21次,可取电压环的带宽为1KHZ。将电流闭环传递函数的模型简化后,用一个简单函数模拟电流控制环(公式3)。

改进重复控制是在重复控制的基础上,对内模信号在离散域的表达式(1)式中加入Q(z)保证它的稳定性,如公式(2)所示。

C(Z)=Kr×S1(zS2(zzk

(5)

由于以上的校正不能满足要求,要设计相应的重复校正环节C(Z),

  

图5 校正前后的波特图

以内膜原理为基础的设计中含有时间的滞后性并且存在适当的初始值自由环节,该环节中,可由同频率后期信号发出,如果该环节在闭环控制中使用,其控制系统则具有跟踪周期信号或者周期扰动信号抑制等能力,即为重复控制。在正弦周期信号为指令信号的时间内比较实用,并且该状态下,当前模型所处闭环系统相对比较稳定,无论并联的机构系统利用非线性负载还是线性负载,工频正弦的周期信号都会收到电压参数的指数和指令信号所提供的参考数据,对于控制延时的干扰将其分为倍频谐波扰动叠加。

3 仿真分析

为验证改进重复控制对离网光伏逆变器控制的效果,通过MATLAB/SIMULINK搭建模型,仿真参数:阻感性负载(电阻30欧,电感100mH);增益Kr=0.5;重复控制器Q=0.9;K1=100;wc=5;kp=0.8。

  

(a)逆变器输出电压波形

  

(b)输出电压的谐波畸变率分析图6 改进重复控制的仿真结果

图6(a)为用改进重复控制离网光伏逆变器的输出电压波形;图6(b)为对输出电压的谐波畸变率分析。从仿真结果可知,输出电压的基波幅值为306.9V,谐波畸变率为0.7%,所以改进的重复控制可以很好地改善离网光伏逆变器输出的电能质量。

4 结论

离网光伏发电系统主要通过电压源形式实现其负载的供给,集中并联结构是离网光伏的逆变系统的主要结构形式,并通过这个结构来实现其供电容量的提升并提高其发电系统的安全性和可靠性。本文通过在原来控制技术的改进,采用了改进重复控制的电压调节器,并通过仿真验证了它不仅可使离网光伏逆变器输出的电压波形得到改善,而且能很好地抑制谐波。

LCC表示土地资源承载力(人),G表示区域粮食总产量(kg),Gpc表示人均粮食消费标准(kg/人)。

参考文献

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[3]张岳,王京,等.离网型太阳能光伏逆变器仿真与实验研究[J].辽宁科技学院学报,2017,19(5):1-2.

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[6]肖华锋,杨晨,谢少军.基于改进型全桥电路的非隔离光伏并网逆变器[J].中国电机工程学报,2011,31(3).

 
孙素军,杜秀芝
《黑龙江工业学院学报(综合版)》2018年第05期文献

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