風光柴互補發電系統中三電平充放電技術的研究

陳雪亮，張新民

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風光柴互補發電系統中三電平充放電技術的研究

陳雪亮，張新民

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

依據風光柴互補發電系統中蓄電池充放電過程的特點，提出了一種在并網模式下運行的三電平逆變器的自適應滯環電流控制策略?；贛atlab / Simulink的仿真結果表明，該控制策略可以有效地對蓄電池進行充放電控制，實現蓄電池與交流母線間能量的雙向流動，滿足并網運行的要求。

風光柴互補 三電平 雙向逆變器 自適應滯環

0 引言

隨著不可再生能源的大量消耗，可再生能源的應用成為世界性的課題。風光柴互補發電系統能同時利用風、光資源，改善了采用單一資源發電時可能造成的供電不足的現象，把柴油機作為后備輔助發電裝置，可使系統更加穩定、完善[1]。

本文研究的三電平雙向逆變器就是用以實現風光柴互補發電系統中交流母線與蓄電池間的交直流轉換以及能量的雙向流動。本文首先從三電平雙向逆變器的功能出發，對主電路拓撲結構、并網運行模式及控制方案進行了詳細的闡述；同時為了滿足并網裝置對電網側的諧波要求，降低電網電流THD，提高系統的動態響應速度和抗干擾性，本文采用自適應滯環控制，該控制方法在保持開關頻率固定的前提下，依據電網電壓、逆變器直流側電壓以及參考電流的斜率動態調制滯環寬度，有效地減小了開關損耗，使得三電平雙向逆變器在并網運行模式下的整流、逆變控制都具有較好的適應性和動、靜態性能。

1 三電平雙向逆變器的工作原理及運行模式

基于純交流母線供電的風光柴互補發電系統主要由風力發電、光伏發電、蓄電池充放電、柴油發電等單元組成，結構框圖如圖1所示。

HBO經過?？瓢l展已具有穩定安全的治療方案，嚴重不良反應罕見，目前最常見的不良反應是中耳氣壓傷，其發生受加減壓速度和咽鼓管功能影響。由于鼻腔手術后常有黏膜腫脹和分泌物積蓄，故治療前應保持鼻腔、鼻竇口和咽鼓管的通暢，預防中耳和鼻竇氣壓傷的發生。本次實驗中未觀察到實驗動物發生明顯不良反應。綜上所述，早期HBO治療在鼻腔手術后黏膜的恢復過程中，對抑制纖維結締組織增生和減少瘢痕形成具有促進作用，可減輕鼻內鏡手術后的去黏膜化反應，甚至可能在一部分難治性鼻-鼻竇炎中起到重要的逆轉作用。

本文主要研究三電平雙向逆變器在風光柴發電系統中并網運行時的整流和逆變控制。三電平雙向逆變器并網運行需滿足兩個條件：1)要使逆變器輸出的電壓和頻率與電網的電壓和頻率一致；2)要控制蓄電池在充放電過程中電壓值、電流值的大小及其流動方向。

系統主電路結構如圖2所示，組成系統的兩部分為基于IGBT的二極管中點箝位型三電平逆變電路及DC/DC斬波電路構成[2]。在風力資源及太陽能資源充足的情況下，三電平雙向逆變器工作于整流模式，將風光發電單元多余的能量提供給蓄電池儲存，此時網側電壓先經過三電平電路整流，再由DC/DC變換器降壓斬波后供給蓄電池；一旦風光發電單元的輸出功率小于負載所需時，或在公共電網出現故障的情況下，雙向逆變器立即切換到逆變模式，先將直流側電壓通過DC/DC變換器升壓斬波，再由三電平電路逆變成PWM電壓經電感濾波后送至交流母線，將能量傳送給電網。逆變器在放電過程中對蓄電池端電壓進行實時檢測，當蓄電池電壓達到放電終止電壓時，逆變器向柴油發電機發出啟動信號。此時，柴油機給負載供電的同時，對蓄電池充電，以防止過放對蓄電池造成傷害。

圖1 風光柴互補發電系統的結構框圖

圖2 三電平雙向逆變器主電路結構圖

2 系統控制策略

2.1 三電平雙向逆變器的控制

當雙向逆變器運行于穩態時，忽略變流器自身的損耗，認為交直流側的功率平衡，則有：

由式(2)、(3)知，通過對內環交流電流i進行控制，可控制流過直流側電容的電流及其兩端電壓。

式中：為逆變器交、直流側的電流傳遞系數。

式中：為1和2的等效電容

其中：s為交流側電壓的有效值、s為交流側電流的有效值。由(1)得：

對三電平雙向逆變器采用電壓電流雙閉環控制的控制方案，只要對電流給定進行限幅，就可以令逆變器以恒流方式啟動，減小對電力電子器件的啟動沖擊，有效地保護開關管[3]。為了進一步提高系統的動態及穩態性能，在三電平雙閉環控制系統中，將公用電網電壓做前饋補償三電平雙閉環控，其控制結構圖如圖3所示。

本文按照I型系統進行設計電流內環以提高系統電流跟蹤的性能。

按二階最優的指標，令：= 0.707，即可整定出PI調節器的參數。

再由逆變器的數學模型，得到電壓外環的開環傳遞函數

2.3 蟲種變化 原清遠縣歷史為以間日瘧為主、惡性瘧和三日瘧高度混合流行［1］。20世紀90年代流行蟲種間日瘧占99.60%（2 250/2 259），惡性瘧占0.13%（3/2 259），其他占0.27%（6/2 259）；2006年以來共報告輸入病例13例，其中惡性瘧占69.23%（9/13）、間日瘧占23.08%（3/13）、其他占7.69（1/13）。

2.2 自適應滯環控制

由三電平各橋臂開關的控制邏輯可知，功率管(V1、V3)，(V2、V4)(V5、V7)(V6、V8)開關狀態互補。定義開關函數為：

圖3 PWM逆變器控制電路結構圖

圖4 自適應滯環控制框圖

在并網運行模式下，對三電平雙向逆變器的控制一方面要滿足并網運行條件；另一方面，控制蓄電池的充放電電壓與電流[5]。

以提高系統抗干擾性及魯棒性為原則，在給定直流電壓情況下，為了在網側得到高度正弦的電流，本論中針對控制系統采用直流電壓外環控制，自適應滯環內環電流控制的方式，改善控制系統的動、靜態性能。根據以上分析，自適應滯環控制框圖如圖4所示。

●When it grows rapidly in summer, herdsmen should mow much grass, have it dried up by airing, and reserve it for winter.

∏型樣架：其豎桿直接固定在坡面上的錨樁上，調整豎桿的傾角符合設計要求，再用橫桿將所有豎桿連接成一個整體，上下兩道橫桿作為鉆機的固定架，必須保證其水平度，且樣架工作面的傾角必須符合預裂孔的傾角，同樣經測量校核樣架的傾角和橫桿水平度，并在橫桿上放出鉆機固定點位。局部特殊開挖段，如拐角點、弧線段、漸變段等單獨架設樣架。樣架搭設完成后，檢查樣架的穩定性和剛度必須滿足施工要求，利用數顯傾角儀配鋁合金靠尺復核鉆機固定點位連線的傾角和方位角，偏差控制在0.1°。

通過仿真發現，的值總是在2和3之間，且自由度越小、非中心因子越大，二者差值越接近3，也就是說更新半徑總是小于因此，理論上算法ESD比算法MSD的計算復雜度更低.

設C1和C2是大小相等的理想元件，則

比較實驗組與對照組兩組患者臨床治療效果,具體情況(見表1),實驗組有2例患者治療無效,對照組有7例患者治療無效,實驗組患者臨床治療總有效率為95.5%,對照組臨床治療總有效率為86.3%。

按照表4中配方制作的產品外觀較好，粘稠度適宜，流動性好，品嘗具有典型的蝦油特征風味和滋味，運用到菜肴中可以達到預期目的，使菜肴咸鮮適中，可增強產品的外觀、風味、濃厚度、爽脆度及肉感等。

同時，在施工當中還可以采用防水防滲涂料，在墻體當中進行防水防滲層的涂抹，在實際的涂抹中需要根據相關要求實施。涂抹方式在選用中盡可能的采用從上往下的方式進行涂抹，涂抹高度不能大于相應的標準值；對于墻面連接的位置需要加強重視，墻面當中多余的水泥漿等都會對涂層防水防滲性能產生影響，因此就需要將墻體處理干凈實施涂抹。

可知，最大開關頻率為

可見，滯環寬度決定了s的高低。環寬越窄，s越高，負載電流的脈動越小，總諧波畸變越小，電流波形越接近正弦波。但fs的高低與電路的開關損耗成正比，fs的值越高，系統的效率越低。

圖5 自適應電流滯環控制原理圖

近年來，我國的建筑行業發展取得了顯著成效。企業施工管理模式創新是工程質量與工程進度的前提與保障,進而直接關系到整體工程的安全性。施工管理模式創新也對企業在市場競爭中能否占據主導地位起著關鍵性作用。因此，通過對當下市場競爭發展趨勢的研究，側重分析了工程施工管理創新的重要性與必要性，運用科學、合理、先進的創新思路與模式，使我國建筑企業更好地在殘酷的市場競爭中脫穎而出，更為我國建筑行業的穩步發展打下堅實的基礎。

1881年，一個名叫魯道夫·卡爾·施泰特的德國青年用了幾年的打工積蓄，在他的家鄉維斯馬市郊區經營起了一家小小的雜貨店。

2.3 DC/DC變換器的控制

從圖6可以看出，當蓄電池進行恒壓充電時，電壓外環為直流電壓，通過PI調節保持蓄電池充電電壓的恒定；內環為直流電流環，采用滯環控制。當蓄電池以恒流充電或放電時，只有電流內環起作用，滯環輸出經隔離后，對直流斬波電路進行控制，滿足充放電電流恒定的要求。

（二）帶來的挑戰。一是隨著發達國家政策轉向外溢效應日益顯現，世界經濟中期下行風險逐漸積聚，將在貿易需求、資本流向等方面，對我國經濟增長、匯率走勢、資產價格、市場流動性等產生消極影響，加大經濟金融面臨負面沖擊的風險。二是隨著全球經濟增長趨勢走緩，美元升值和跨境資本流入增多，美國貿易逆差將持續增長，對華貿易赤字的焦慮感可能會進一步上升，中美貿易摩擦可能更加頻繁或趨向長期化。三是部分新興市場和發展中國家遭受金融動蕩或地緣危機沖擊，出現政局不穩或政權更迭等重大事變的風險增加，可能會使我國既有經濟合作協議停滯或受損，并危及海外資產和人員安全。

圖6 DC/DC直流斬波器控制結構圖

3 仿真分析

依據上述分析的結果，在Matlab/simulink平臺上建立三電平雙向逆變器系統的仿真模型。

仿真主要參數如下：交流側輸入電壓220 V，頻率50 Hz，濾波電感6 mH，直流側濾波電容470 μF，開關頻率10kHz，蓄電池電壓240 V。

在這一段簡短的語言描述里，作者綜合運用了多種修辭方法：運用比喻的修辭，在把“廣場”比作“露天公寓”的過程中，形象地再現了蘇比生活的貧窮；運用擬人修辭，通過“打招呼”這一動詞性的短語，把北風預示的寒冷以及這些寒冷給予像蘇比一樣窮人的警告，以一種幽默的方式體現在語言描寫之中；運用借代，作者把像蘇比一樣的廣場流浪漢們，形象地稱之為“房客們”。從而在幽默之中表達著一絲諷刺。

圖7為系統中蓄電池充電時網側電壓與電流波形。由圖可見，逆變器工作在整流模式時，蓄電池充電時網壓與交流輸入電流相位、頻率一致，能量從電網流向蓄電池。

圖8為蓄電池恒壓充電波形，由于蓄電池充電電壓值一般為276～282 V左右，文中選280 V。通過閉環控制，調節斬波器占空比使得直流輸出電壓穩定在280 V對蓄電池充電。

圖9給出了并網逆變時濾波前的網側波形，圖10為濾波后波形。由圖9、10可以看出，當逆變器工作在并網運行模式下，蓄電池放電時，網側電壓與逆變輸出電流的相位相反，能量由蓄電池流向電網。

圖11為網側電流分別在自適應滯環和固定環寬下的波形比較，由圖可見，自適應滯環控制下流過電感的電流能很好地跟隨其指令值，有效地抑制了諧波電流。

圖7 蓄電池充電時網側電壓與電流波形

圖8 蓄電池恒壓充電波形

圖9 并網逆變時濾波前網側電壓波形

4 結語

本文針對風光柴互補發電系統傳統電流滯環控制的不足，提出了一種新型的基于自適應滯環控制的動態調整滯環寬度的三電平雙向逆變器并網運行方案，推導出了滯環寬度和開關頻率的函數關系，在 Matlab/Simulink中對應用自適應控制算法的單相三電平雙向逆變器進行了仿真分析。結果表明，三電平雙向逆變器在自適應滯環控制下：整流時，逆變器直流側輸出電壓恒定，系統控制精度高和穩定性好；逆變時，逆變器輸出交流電流能緊密跟隨參考電流變化，正弦度高，功率因數高，在減小了輸出電流脈動以及逆變橋開關次數的同時，降低了電流的總諧波畸變率，進一步提高了逆變器的效率。

圖10 并網逆變時濾波后網側電壓與電流波形

圖11 自適應滯環及固定環寬下網側電流波形

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Research on Three-level Charge and Discharge in a Wind-solar-diesel Hybrid Power System

Chen Xueliang, Zhang Xinmin

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

TM464

A

1003-4862(2014)2-0001-05

2013-05-14

陳雪亮(1984-)，男，工程師。專業方向：控制理論與控制工程專業。