大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的研究与实现

大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的研究与实现

冯金生

(易事特集团股份有限公司)

摘要：本文主要概括分析了大功率光伏并网逆变器相关技术的主要指标，对大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的研究与实现，进行了深度的分析及研究。从而能够全方位的把握了大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的各项功能特性，有效地促进了全数字化大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的实现。

关键词:大功率光伏并网逆变器；控制系统；关键技术；

前言：

太阳能，其属于我国无污染性的一种新型能源，在我国实现了广泛性的应用，应用价值较为突出。太阳能直接性应用主要包括光化学的转换、光电的转换、光热的转换这三种类型。而从我国当前的实际情况来分析，光电的转换是光伏发电当中最具发展前景。在一定程度上，光伏的发电其具有着并网及独立两种发电的系统。相比较于独立发电的系统，光伏并网的发电系统其电能的输出相对稳定，且成本相对较低，因而它未来发展的前景相对较为乐观。光伏并网逆变器（grid-connectedPVinverter；photovoltaicgrid-connectedinverter），其主要是直流控制系统，即把太阳能电池速发出的一些电能给予蓄电池进行充电，蓄电池则直接进行负载性供电。而大功率光伏并网逆变器，其主要是应用在较为大型的光伏并网的发电系统当中，是该系统最为重要的构成，起着至关重要的作用。那么，为了能够更好的突出大功率光伏并网逆变器控制系统的优势，就需要进行大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的研究与实现。从而能够更好的发挥大功率光伏并网逆变器控制系统的重要作用，促进我国光伏发电的进一步发展。

1、概述大功率光伏并网逆变器相关技术的主要指标

1.1转换的效率

光伏并网逆变器，其实际的转换效率将对光伏发电内部的整体系统运行效率产生直接性影响。在一定程度上，其效率的高与低对于光伏并网的发电系统实际的发电量及发电成本都起着至关重要的作用。因而，应当尽最大可能的将其自身的功耗率降低，并不宜运用较多耗能的开关管。同时，逆变器需对光伏的基本最大功率实际的输出点予以实时地跟踪，还应当对输出的光伏系统可提供最大的输出功率予以实时跟踪分析。

1.2输入的直流电压实际范围

基于光伏电池的输出电压要受其光照强度所影响，致使所出现的波动范围相对较大，逆变器的直流侧对输入的电压范围有着特定的要求，其与功率的开关管实际运行过程中的可承受最高的电压及逆变器输出的电压范围有着密切联系。

1.3孤岛的检测功能

通过对孤岛检测功能的有效运用，切实地避免出现孤岛效应，最大限度的防止用电设备出现损害，避免危及到相关人员的生命安全。

1.4输出的波形质量

逆变器，其应当输出具有较小失真度的正弦波，尽量将其对于电力系统当中配电线所产生的影响减小，能够更好的满足电网的电能质量要求。

2、关于大功率光伏并网逆变器控制系统及关键性技术的研究与实现

2.1大功率光伏并网逆变器控制系统的研究及实现

为了能够实现全数字化的大功率光伏并网逆变器控制系统，如图1所示，逆变器控制系统的相关硬件应当使用DSP+FPGA控制系统的架构，该控制系统架构主要由以下五个部分所构成：

2.1.1主体控制板模块（Maincontrolboardmodule）：其属于该控制系统架构中最为核心的部分，可实现对逆变器整体的核心控制。该主体控制板是由AD、FPGA、DSP所采样，IO控制与UART的通讯等所构成。

2.1.2模拟板模块（Analogplatemodule）：该系统模块主要是负责对逆变器的模拟量转换及调控，包含着直流的侧电压及电流，交流的侧电压及电流；IGBT

的散热器实际温度；环境的温度及电抗器的温度等；

2.1.3IO板控制模块（IOboardcontrolmodule）：主要控制逆变器输出及输入的开关量。

2.1.4IGBT的驱动板模块（DriveboardmoduleofIGBT）：对来自于主控制板模块驱动的信号予以接收，并对IGBT的系统模块予以开关控制。

2.1.5人机控制界面（Man-machinecontrolinterfacemodule）：实现人机的交互性控制，通过RS232与主控制板进行通讯。

图1大功率光伏并网逆变器控制系统架构示图

2.2大功率光伏并网逆变器控制系统的关键技术

2.2.1电压环技术

电压环技术，其主要是用于配合MPPT功能的实现，如图2所示，其主要运用的是PI的反馈系统控制即前馈的控制系统。以避免直流的母线电压出现迅速的波动致使母线的电压出现崩溃性故障问题，它依据输出及输入的功率平衡性原理，在电压环内增加有功电流的前馈式控制系统。k1就是其前馈的系数，如图2所示。

图2电压环的基本原理框架示图

2.2.2电流环技术

为了能够将电流环动态及稳态的性能逐渐增加，电流环的控制技术主要采用的是PI的反馈控制系统及前馈式控制系统，如图3所示，为它的基本原理框架。P轴与d轴的电流，其反馈及给定的差值分别都是经由PI的调节器，将它们分别减掉了ωlIq*，并加上了ωlId，以达到解耦的目地。同时，把电网的电压d轴所在的分量ed当成d轴的电流所在调节器前馈。为了能够满足直流的电压波动过程中相应的速度要求，可将直流电压的前馈控制系统引入。电流环输出，去主要是逆变器在进行电压输出指令中q轴的分量量Vq*及d轴的分量Vd*。

图3电流汗[环]的基本原理框架示图

2.2.3孤岛的检测技术

孤岛的检测技术，其主要是应用了科学的孤岛检测性算法，即滑模频率的偏移性算法。在孤岛的状态下，当电流及电压存在着差异时，相位差不同的大小，其相应的相位响应及电压频率也存在着差异性。如图4所示，该图为曲线呈孤岛状态时，当负载品质的因数是1时，电压的电流及频率相位之间差异存在着对应性的关系，A与C点均适用于孤岛防护相位的偏移点。只要是基于人为因素所出现的电压及电流相位差，就会导致孤岛状况下输出的电压频率出现偏移现象，致使频率出现异常的保护情况，实现孤岛的科学保护。

图4孤岛的检测基本原理框架示图

2.2.4MPPT技术

大功率光伏逆变器为500KW时，其MPPT的控制技术主要应用的是变电压的补偿性扰动控制系统。此控制系统最大的优点就在于能够在与最大功率最远距离范围内最大限度的向着目标点逼近，并予以准确性的、实时的跟踪；同时，当期某一节拍处出现了误判问题能够以最快的速度予以更正，有效的将相应的速度提升。

3、结语

综上所述，通过本次对大功率光伏并网逆变器控制系统关键技术的研究，更好的了解与掌握了大功率光伏并网逆变器控制系统及其关键技术的功能优势，为实现对大功率光伏并网逆变器控制系统的全数字化控制奠定了重要的基础。

参考文献:

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[2]ChenSixiong,Zengharuyasu.AnalysisandRealizationof[J].communicationpowersupplycontrolsystemofhighpowerphotovoltaicinverter,2017,30(01):31-33+36.

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