基于单相Heric并网逆变器的光伏系统模型预测控制研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:schunter
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近年来,随着可再生能源以及分布式发电技术的快速发展,其核心技术——并网控制技术也受到了人们的广泛关注。针对采用PI、PWM等传统控制方法的并网逆变器有可能会和直流侧之间产生无功传输,导致逆变器输出效率不高。Sunways公司的Heric(Highly Efficient and Reliable Inverter Concept)拓扑,因其在全桥逆变器拓扑的基础上增加了一个旁路结构从而避免了逆变器功率因数低的问题,所以在光伏发电系统中Heric逆变器的应用也越来越广泛。本文主要针对单相光伏并网逆变系统控制策略进行研究,使得光伏并网系统在保持最大功率输出的同时,改善逆变器输出电压波形,降低并网电流的谐波含量。针对光伏并网系统中存在的最大功率点跟踪和并网逆变两个主要的控制问题,分别设计了基于光伏最大功率点跟踪的MPPT控制器以及基于Heric并网逆变器的预测电流控制器。为此,本文重点针对上述两个问题做了以下几点工作:首先,介绍了单相光伏并网逆变系统拓扑结构及原理。并网逆变器作为其中的核心部件,分析了Heric并网逆变器工作原理及其利用优势。通过分析光伏电池电路,建立光伏电池的数学模型,分析目前应用较广的几种MPPT控制方法的工作原理和应用优劣;本文选择改进的变步长电导增量法作为光伏系统的控制方法,通过仿真验证电导增量法在光照强度变换时光伏系统输出电压、电流和功率的输出情况,结果表明电导增量法控制光伏系统能够输出稳定的直流电压,并且当外部条件发生变化时,光伏系统也能有很快的动态响应能力。光伏系统的稳定输出能够为后续逆变并网部分的模型预测电流控制奠定基础。其次,鉴于单相Heric逆变器在开关转换过程中电压跳变幅度较大的问题,考虑将Heric逆变器的三种基本电压组合形成8个虚拟电压,设计基于虚拟电压的模型预测电流控制算法,从而减小逆变器输出电压跳变程度,提高并网电流预测值计算精度。所提出的控制器设计思路清晰,参数调节简单,可较好的实现并网逆变控制。最后,将本文所提出的控制策略应用到单相光伏并网逆变系统中,实现了光伏最大功率点跟踪和Heric并网逆变器的控制,并且设计其他几种不同工况下的仿真实验,通过与本文所设计的控制策略进行比较分析从而验证所设计控制器的有效性与可靠性。
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