单相CHB光伏并网逆变器功率平衡控制策略的研究
近年来，随着全球对新能源发电技术研究的日益深入，光伏发电量占比得到巨大提升。这极大地促进了对光伏并网逆变器的研究，不仅出现了许多新型的光伏并网逆变器拓扑及并网结构，新颖的控制策略也层出不穷，相关研究有效提高了光伏系统的发电效率和改善了系统运行稳定性。其中，级联H桥型(CascadedH-Bridge,CHB)多电平逆变器应用于光伏发电的综合性能尤为突出，具有独立的MPPT控制、易于扩展及无需变压器等优点。然而，由于光照及环境温度等因素的不确定性，对CHB光伏并网逆变器的功率不平衡的研究愈发显得重要。本文以单相CHB光伏并网逆变器为研究对象，聚焦于逆变器环路控制和功率平衡控制进行了深入全面的研究，主要研究内容如下： 针对光伏电池受光照强度及环境温度影响的问题，文中通过建立其数学模型得出了光伏电池基本参数与这两个影响因素的方程，并对方程中重要参数计算进行了分析。对于光伏电池受这两个因素影响的定量分析，文中在MATLAB/Simulink中建立光伏电池仿真模型，利用控制变量法得出光照强度或环境温度变化时光伏电池的输出特性曲线。通过对单相CHB光伏并网逆变器系统建立数学模型，分析了逆变器控制的关键问题。 针对单相CHB光伏并网逆变器环路控制问题，本文采用独立的MPPT控制以提高光伏板发电效率；电压控制环采用传统的PI控制器将直流侧电压作为整体进行控制，既能维持了直流侧电压稳定又简化了控制结构和减少了运算量；对于电流控制环，分析对比了两种控制器的控制效果，选择了PQR控制器并分析了其控制参数的影响及参数计算方法；对于传统电压电流双闭环控制存在的不足，增加了采样保持器以增大电压环带宽，采用性能更佳的SOGI-PLL锁相环以提升相角检测精度和速度，并根据并网电流传递函数将电网电压前馈以消除其对并网电流的影响。 针对单相CHB光伏并网逆变器功率不平衡问题，首先分析了系统功率不平衡产生的机理及系统运行在功率不平衡条件下可能发生过调制问题，并在此基础上提出三种功率不平衡控制策略。其中，基于占空比修正的功率平衡控制策略是依据各H桥单元直流侧光伏板输出电压对每个单元的占空比信号进行修正，在各单元直流侧与交流侧输出功率不匹配的情况下逆变器仍能正常运行，此控制方法仅适用于各H桥单元调制度小于1的情况下，功率不平衡超过一定限度则无法起到控制效果；基于三次谐波补偿的功率平衡控制策略能够应对H桥单元过调制的功率不平衡问题，对过调制单元调制波补偿定量的三次谐波以减小调制波幅值，此控制策略仅能将H桥的调制范围扩大至1.155；基于混合调制方式的功率平衡控制策略结合了方波和PWM波的优点，将H桥调制范围扩大至4/π，能应对更加剧烈的功率不平衡问题。最后，设计并搭建了相应的硬件平台，并通过实验验证了文中所提方法的可行性。
CHB光伏并网逆变器;环路控制;占空比修正;三次谐波补偿;混合调制
华东交通大学
硕士
电气工程
叶满园
2023
中文
TM464
2023-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）