一种可实现两组池板独立MPPT控制的新型双逆变器光伏并网变流器

作者:尹靖元;金新民;杨捷;吴学智;李金科 刊名:电工技术学报 上传者:陈革

【摘要】为了实现光伏系统大容量高效率的运行需求,本文提出一种新型双逆变器串联的光伏并网变流器拓扑。通过建立双逆变器串联系统的数学模型,得出了在光伏系统中抑制共模漏电流的调制方法,进而实现了对双直流侧电压的稳定控制和两组串联光伏池板的独立最大功率点跟踪控制(MPPT),有效降低光伏系统的初始成本并提升发电效率。文中通过仿真和实验,验证了提出方法的有效性。

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1引言随着能源需求的增长和环境保护呼声的提高,太阳能发电技术得到了长足的发展,如何更加高效、可靠地将太阳能并入电网具有十分重大的现实意义[1]。光伏变流器作为将太阳能馈入电网的实现手段,其性能在光伏发电系统中尤为重要,在光伏技术中较高初始成本和较低的电能转换效率仍需要进一步提善[2-3]。在大功率光伏并网变流器中,光伏电池板通过电压型逆变器(VSI)并入电网,其中还包括DC-DC斩波器,隔离变压器。DC-DC变换器保证光伏池板可以工作在较宽的电压范围内。无变压器和高频变压器拓扑可以避免大体积的低频变压器,但是这些拓扑主要应用于单相小功率变流器。传统电压型逆变器常采用两电平拓扑,与其相比采用三电平拓扑可以实现更高的电压等级、更小的输出du/dt、更小的并网电流谐波[4-5],且在抑制共模电流上更具优势[6-7]。目前应用最为广泛的是中点钳位式三电平(NPC)拓扑[8],如图1a所示。但此系统较为复杂,需要多个中点钳位二极管,同时需要进行中点电位平衡控制,势必降低并网电流波形质量[9]。本文提出一种新型双逆变器串联的光伏并网系统拓扑如图1b所示。两个独立的光伏池板分别供给两台逆变器,即可以采用双级结构也可以采用单级结构。两台逆变器交流输出经原边开绕组三相变压器连接而成,变压器的二次绕组通过角接或星接并入电网。(a)传统NPC三电平光伏逆变器结构(b)双逆变器光伏发电系统图1光伏并网逆变器拓扑结构Fig.1ThetopologyofPVgrid-connectedconverter图1b中的三相逆变器通过级联方式可以工作在三电平模式下,等效成一个三电平变流器,可以实现传统三电平变流器的优势[10-11]。但比较传统三电平逆变器,更明显优势在于优化了硬件结构,省略了钳位二极管;由于两台逆变器串联共用一个滤波器,等效降低了滤波器的感值,并可以充分利用变压器漏感,大幅度降低初始成本;电池板PV1和PV2分别供给两组逆变器,可以实现两组池板在不同光照强度下的独立MPPT控制,光伏系统的整体发电量将大大提高;无需进行中点电位控制,简化了控制算法。但该拓扑仍存在几点问题需要研究。首先由于光伏池板与大地之间存在分布电容,尽管由于变压器的存在使得共模电流不经过电网形成回路,但如果两台逆变器之间存在共模电压差,其会在两台逆变器对地的分布电容中形成回路产生漏电流,所以图1b所示的拓扑在光伏中应用首先要考虑对系统共模电压差的抑制。其次在抑制共模电压差的基础上,如何实现对两组逆变器的功率分配,保证在两组池板光照强度相同以及不同条件下,实现对光伏并网逆变器稳定控制以及两组电池板的独立MPPT控制。针对上述问题,本文首先建立双逆变器串联型并网逆变器的数学模型,在此基础上分析了无共模电压差的调制方法;以此为依托通过对功率流动分析,完成对双逆变器结构控制算法研究;最后给出独立MPPT控制算法并分析了提升独立MPPT工作范围与系统功率因数之间的关系。2双逆变器拓扑共模电压差的抑制2.1双逆变器拓扑数学模型根据图1b所示的开绕组光伏发电系统,DC-AC侧并网变流器可以等效为图2所示系统模型。理想三相静止坐标系下系统数学模型可表示为[11-12]sasasassasa1dc1a2dc2g1g2sbsbsbssbsb1dc1b2dc2g1g2scscscsscsc1dc1c2dc2g1g2diveLiRSVSVVtiveLiRSVSVVtiveLiRSVSVVt?=--=-+????=--=-+???=--=-+?(1)式中esa,esb,esc网压;vsa,vsb,vsc逆变器相电压;is

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