光伏并网逆变器控制策略的研究

到目前为止，我国光伏并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，但面对如此巨大的国内需要，脚踏踏实实地发展具有自我知识产权的相关高技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事情。在光伏并网发电系统中，其具体目的表现为：
（1）实现高质量的电能转换，将太阳能光电转换组件阵列产生的直流电转换成220V、50Hz的单相、正弦波，其电流和电压的畸变率均小；
在众多分布式发电功能技术中，太阳能产业是全世界公认的最有前途的能源产业，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。美国政府最早制定光伏发电的发展规划，能源部和有关州政府制定了光伏发电的财政补贴政策，总光伏安装是已达到3000兆瓦以上，连续三年光伏产业均以高于30%的年增长率上升；新任总统奥巴马更是把发展大规模分布式太阳能光伏发电作为其新能源的重要组成提上议程。日本也早在1974年就开始执行“阳光计划”，1992年电力公司收购光伏发电系统与电力制度开始实施，1994年提出“朝日七年计划”，到2000年已完成16.2万套太阳能光伏屋顶计划，1997年又宣布7万光伏屋顶计划，到2010年安装7600兆瓦太阳能电池。德国1990年提出1000屋顶发电计划，1998年进一步提出10万屋顶计划。到2007年5月为止，全球已建成容量超过5兆瓦的光伏电站10座，容量在2兆瓦以上的瓜葛菲电站超过了50座，目前已经运行的容量最大的太阳能并网电站为2008年安装与西班牙的olmedilla,装机容量为60兆瓦 。
Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters.
Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic
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随着全球环境污染与能源紧缺问题的日益严重，寻找新能源已经是各国不得不面临的现实。进行光伏发电并网逆变器控制系统的研究对于解决全球日益面临的能源危机有深远的意义，不但可以在技术上进一步取得完善，取得工程经验，而且可以确定其经济的可行性，光伏发电只有进入电力规模的应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极作用，光伏发电并网逆变器控制系统研究的重点应该放到并网发电的经济政策研究和具有商业化前景的实用技术上。
我国正处在经济转轨和蓬勃发张时期，但能源问题严峻，城市中由于大量使用化石能源，环境持续恶化。2000年世界卫生组织（WHO）公布世界上污染最严峻的十大城市中，中国占了八个，其中北京居于第七位。大力发展光伏并网发电将有助于今早解决这一问题。国家有关领导部门已经开始给予足够重视，首先是国家科技部已规划有步骤地推进相关的科技创新研究、示范及其产业化进程。“八五”和“九五”期间把“光伏屋顶并网发电系统”列入了“国家科技公关计划”，在深圳和北京分别建成了一些光伏屋顶并网发电系统的示范工程。
（2）实现系统的安全保护要求，如输出过载保护输出短路保护、输入接反保护、直流过压保护、交流过压和欠压保护、“孤岛”保护及装置 。
光伏发电并网逆变器的研究就是如何将光转换为电能，本课题着重研究其新的发展方向，更为方便的利用太阳能解决发电问题是我们今后长期发展的课题，也是世界今后大体走向。太阳能光伏并网发电工程的实际效果看出，采用太阳能光伏发电技术，对太阳能并网发电的推广应用在技术是可行的，经济上是可取的，对社会环保和人类可持续发展更是具有深远的影响和重要意义。
在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL三种滤波器进行了比较分析。
最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。
图1常见的两种逆变器结构
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随着微电子与信息技术的发展，应用速度快速发展。对电源品质的要求越来越苛刻。但在某种程度上全世界品质的稳定电源，而逆变并网器能够根据电网情况，动态调节有功无功，因此逆变并网器将成为电力系统不可或缺的设备。
新型功率器件的应用及其控制技术的发展推动了并网逆变技术的发展。最初的并网逆变技术只需通过并网逆变器将电能送入电网即可，而随着用电质量要求的提高，并网逆变技术开始考虑提高进网电能的质量以及整个并网逆变器的安全稳定可靠运行。
Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform.
通常情况下，电网可视为无穷大的交流电压源，因此并网逆变器通常设计成电压源型输入电流源型输出，连接到电网相当于交流电流源和交流电压源的并联，不存在两个电压源并联的环流问题。并网逆变器的输出电压即公共点（Point of Common Connection, PCC）的电压被箝位为电网电压，通过控制进网电流从而控制送进电网的功率。当电网发生故障时，有时候甚至要求并网逆变器能提供无功功率，支撑电网电压的恢复。
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目前国外光伏并网你变气产品的研发主要集中在最大功率跟踪和逆变环节集成的单机能量变换上，功率主要为几百瓦到五千瓦的范围，控制电路主要采用数字控制，注意系统的安全性、可靠性和扩展性，具备有各种完善的保护电路。
国内对并网逆变器的研究比较多的采用最大功率跟踪，逆变部分相分离的两级能量变换结构，而且市场产品的种类还相对单一，系统构建死板，光伏并网发电系统在我国还没有真正投入商业化运行的应用，目前所建广发并网系统均为示范工程。作为光伏并网发电系统核心环节的并网型逆变器还主要依赖进口或者合作研究。
本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。
题目：光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究
摘要
世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。
逆变器的结构按逆变方式可以粗略分为两类：其一DC-AC-AC；其二DC-DC-AC。前者先将蓄电池中的12V直流能量逆变成低压12V 50Hz交流能量，在经过工频变压器，最后升压变换为220V/380V交流电能并入电网中。然而这种逆变器结构由于采用工频变压器，工频变压器由于工作频率低电磁转换效率低，如果逆变并网器功率提高工频变压器体积将非常庞大。后者则是先将蓄电池中的直流能量，通过高频直流逆变装置从12V变换为直流母线中400V直流电压，再从直流母线中的400V直流电斩波形成50Hz交流电向电网中提供有功。
关键词：光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波
PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL
STRATEGY RESEARCH
Abstract
World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years，the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system.