发布时间 : 星期日 文章光伏并网逆变器限功率控制策略研究 - 图文更新完毕开始阅读9cbcbfa7102de2bd960588d0
第二章 光伏并网限功率系统DC/DC侧设计
第二章 光伏并网限功率系统DC/DC侧设计
2.1光伏电池输出特性及限功率控制原理
依据物理电子学理论分析可获得光伏电池的单二极管等效电路及其数学模型[24]，其中含有5个未知参数，光电流Iph、反向饱和电流Io、串联电阻Rs、并联电阻Rsh和二极管特性因子n，这5个参数与光伏电池温度和光照强度有关，但光伏电池厂商并不提供这5个未知参数，确定比较困难，不适合于工程应用。厂商一般提供标准测试
（STC）条件下5个参数开路电压为Voc、短路电流Isc、最大功率点电压Vm、最大功率
点电流Im和最大功率Pm，工程上利用这些参数建立了适合于光伏系统设计的工程用数学模型[24]。
?I?ISC?1????e???V??1??
?(3-1) (3-2) (3-3) (3-4) (3-5) (3-6) (3-7) (3-8) (3-9)
?I?Im? ??1?1??? ???ln??
Voc???任意温度和辐照度下的模型参数求取： T?T?Tref
???sc?IscVocVoc?Vm
?1S?S?Sref S'Isc=Isc???1?aT?
Sref'Voc?Voc?ln(e?bS)?(1?cT)
S'Im?Im???1?aT?
Sref'Vm?Vm?ln?e?bS???1?cT?
上式，自然对数底数e约为2.71828；补偿系数a，b，c的常用推荐值为
a?0.0025??C?，b?0.005?W/m2?，c?0.00288??C?。T为实际温度，Tref光伏
?1?1电池温度参考值，一般取25?C。S实际光照，Sref太阳辐射参考值，一般取1kW/m2。
''''、Isc、、Im分别是考虑温度和辐照度时光伏电池工程用数学模型的4个输入量。 VocVm根据光伏电池的通用工程模型及其数学公式在MATLAB中仿真，选用开路电压为360V，短路电流15.3A，最大功率点电压280V，最大功率点电流14.3A，最大功率4kW，辐照度在1000W/m2、900W/m2、800W/m2时，组件温度25?C时的P-V特性曲线如图2-1所示。
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内蒙古工业大学硕士学位论文
500040001000W/m2900W/m2800W/m2功率/W30002000100000Pconstrained50100150200电压/V250300350400图2-1光伏阵列PV输出特性曲线 Fig.2-1 Curve of PV array power-output
针对光伏组件的PV特性曲线，有MPPT控制和限功率控制两种控制方式。本课题考虑了并网逆变器直流电压利用率和PV组件直流电压等级，选用双级式光伏并网逆变器。双级式光伏并网逆变器，最大功率跟踪和限功率控制在接DC/DC电路中实现，逆变并网控制在逆变回路完成。
2.2 DC/DC变换器分类与选取
2.2.1 DC/DC变换器分类
1．直接变换电路
直接DC-DC变换电路又称为直流斩波电路。单象限直流斩波电路[25]，有六种基本类型，分别是降压斩波器（Buck电路），升压斩波电路（Boost电路），升降压斩波电路（Buck-Boost电路），Cuk电路，Sepic电路和Zeta电路。此外还有双象限电路、四象限斩波电路如单相全桥拓扑电路。
Boost电路称为升压型斩波电路，平均直流输出电压高于直流输入电压。升压型电路输入端串联电感L，可视为电感输入电路或近似于电流源电路，而出端并联滤波电容以构成电压型负载[26]。Buck型电路是降压型电路，与Boost电路在拓扑上是对偶关系， Buck电路输入端并联电容Cd可视为电压源电路，输出串联电感以构成电流型负载。直接变换电路常见拓扑如图2-2。
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第二章 光伏并网限功率系统DC/DC侧设计
LVDsCLUisUoRUiCdVDCoUoR(a) Boost电路 (b) Buck电路
sUiLVDCsUoRVDUiCUo-(c) Buck-Boost电路 (d) 双象限电压源电路
图2-2 直接变换电路常见拓扑 Fig.2-2 Direct conversion circuit topology
+
2．间接变换电路
间接DC-DC变换电路也称隔离型DC-DC变换电路。隔离型DC-DC变换电路的拓扑结构主要有反激电路、正激电路、半桥电路和全桥电路。隔离型DC-DC变换器的功率等级与电路拓扑相关。反激电路、正激电路、半桥电路的功率等级在数百瓦到数千瓦之间。全桥电路功率等级在数百瓦到数百千瓦。
典型应用为高频谐振变换器利用软开关技术，这提高了电力电子变换器的效率，降低了散热要求，减小了散热器的尺寸和重量。常见的实现功率开关管的谐振软开关技术[27]有准谐振电路（ZVS或ZCS）、零开关PWM电路（ZVS-PWM或ZCS-PWM）、零转换PWM电路（ZVT或ZCT）。
其中准谐振电路电压或电流波形为正弦波且幅值很大，需要采用脉冲频率调制控制方式（PFM），通过改变输出阻抗以达到调节输出功率的目的。而零转换PWM电路，需要辅助功率器件，软开关也仅用于主功率器件的零电压转换或零电流转换。移相控制全桥软开关变换器[28][29]在不增加或很少增加元器件的前提下，实现了零开关PWM控制，零开关PWM电路中电压和电流基本为方波，开关管承压明显降低，采用开关频率固定的PWM控制方式，可以输出大功率、高频化，在通信电源领域应用较广泛。
2.2.2 DC/DC变换器选取
光伏并网系统中采用Boost非隔离DC/DC变换器，Boost电路具有效率高，易于
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内蒙古工业大学硕士学位论文
实现控制等优点。在Boost升压DC-DC变换器，借助于DC-DC实现最大功率点跟踪，既保持了升压功能，又实现了最大功率点跟踪，结构图如图2-3所示，光伏组件所发功率（Ppv），限功率给定（Pconstrained），经比较以后有两种工作模式最大功率点跟踪（MPPT）和限功率工作模式（CONS）。中间直流电压由逆变侧电压外环控制，使逆变侧保持为直流稳压源特性，直流母线电压控制速度应快于MPPT控制[30]。Boost升压DC-DC变换器。该电路存在电感电流连续和电感电流断续两种工作过程。
光伏阵列PpvVD1C1L1SVD2C2PconstrainedMPPT&CONSPWM
图2-3光伏阵列选用的Boost升压电路 Fig.2-3 Boost booster circuit of Photovoltaic array
电流连续指输入电感L中电流iL保持连续。存在关系式电压增益
U1 AV?0?Ui1?D输入电流iL处于临界连续状态时有
CCM状态下的电流增益
输出电流临界连续值Ioc1
升压电感L的选择
Ioc1?Idc?1?D??UiDD0T 2L(2-1)
IL?Idc?UiDT 2L(2-2)
AI?Io?1?D IL(2-3)
(2-4)
L?UiDD0T 2Ioc(2-5)
Ioc??0.20.3?Ioc1 滤波电容C的选择
2U0D2D0 C=2LU0f2 (2-6)
按上述公式计算，Boost主电路取PV侧C1?520?F, Boost升压电感L1?0.4mH。
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