光伏并網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)制方法的仿真研究

三峽電力職業(yè)學院 熊京晶

武漢大學電氣工程學院 胡夢月

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)制方法的仿真研究

三峽電力職業(yè)學院 熊京晶

武漢大學電氣工程學院 胡夢月

隨著單晶硅材料制造技術的進步，光伏組件制造成本逐步降低，太陽能發(fā)電系統(tǒng)在經(jīng)濟性上已經(jīng)能夠與核能發(fā)電、水力發(fā)電展開競爭，主要技術難點集中在并網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化問題。本文首先介紹了國內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)研究的現(xiàn)狀,以光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的調(diào)制方法作為本文的研究重點，分別對兩種調(diào)制方法SPWM和SVPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)進行建模并將其應用到三相光伏發(fā)電并網(wǎng)仿真系統(tǒng)中，根據(jù)電壓電流輸出曲線對比兩種模型的優(yōu)劣，驗證了SVPWM方法的優(yōu)越性。

光伏并網(wǎng)；逆變器；SPWM；SVPWM

0 引言

國內(nèi)外關于光伏并網(wǎng)技術的研究主要集中于逆變控制技術與并網(wǎng)優(yōu)化，光伏逆變電路可分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路，電流型逆變電路又可分為基于電壓量的控制策略和基于電流的控制策略。其中脈寬調(diào)制法為最常見的脈沖調(diào)制方法，主要包括正弦脈寬調(diào)制法、空間矢量脈寬調(diào)制法、特定諧波消除脈寬調(diào)制法等。本文的重點在于研究光伏逆變器的SPWM與SPVWM調(diào)制方法，介紹這兩種調(diào)制方法的原理及在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用，通過仿真比較兩種方法的優(yōu)劣，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)優(yōu)化有較大意義。

1 SPWM調(diào)制法原理

正弦脈寬調(diào)制法在PWM的基礎上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)律排列，輸出波形經(jīng)過適當?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。隨著全控型電力電子器件和高速微處理芯片的迅速發(fā)展，正弦波脈寬調(diào)制在光伏并網(wǎng)逆變器中已經(jīng)得到廣泛應用。

2 SVPWM調(diào)制法原理

空間矢量脈寬調(diào)制法是從交流電動機的磁鏈分析的角度出發(fā)，以控制電動機的磁鏈空間矢量軌跡逼近基準圓為目的，從而降低電動機的轉矩脈動、改善其運行性能的一種基于空間矢量來實現(xiàn)調(diào)制波輸出控制的一種方法。當把SVPWM應用于逆變器控制時，能有效地減少輸出電流的諧波含量并對逆變器起到一定的保護作用。

3 建模實現(xiàn)與仿真分析

3.1 SPWM模型

采用matlab自帶的PWM模塊，搭建三相光伏并網(wǎng)仿真模型。

圖1 三相光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結構圖

3.2 SVPWM模型

第一步，判斷扇區(qū)。根據(jù)參考電壓Uref所在的靜止坐標系Uα和Uβ來判斷扇區(qū)N，其對應關系如所示。

表1 N與扇區(qū)的對應關

第二步，計算相鄰兩個矢量分別作用的時間T1、T2。經(jīng)過計算，可得各個扇區(qū)的基本矢量作用時間T1、T2賦值表如表2所示。

表2 T1、T2賦值表

賦值后，對T1、T2進行飽和判斷，當T1+T2T時，T1取T1T/( T1+T2)，T2取T2T/( T1+T2)。

第三步，合成空間電壓矢量。

圖2 扇區(qū)矢量切換點示意圖

首先要計算ABC三相上橋臂開關的時間切換點Ton1、Ton2、Ton3。定義Ta=(T-T1-T2)/2,Tb=Ta+T1，Tc=Tb+T2，則空間矢量切換點如表3所示。

表3 各扇區(qū)對應的矢量切換時間

得到的矢量切換點與三角波比較即可獲得六路脈沖波，以控制六個開關的通斷，實現(xiàn)SVPWM。根據(jù)以上分析在matlab/simulink中搭建以下模型：

圖3 SVPWM控制模塊simulink模型

圖4 生成矢量切換時間點模型

3.3 仿真結果

圖5 SPWM法并網(wǎng)電壓電流波形

圖6 SPWM法A相并網(wǎng)電壓與電流

圖7 SVPWM法并網(wǎng)電壓電流

圖8 SVPWM法A相并網(wǎng)電壓電流

由圖5與圖6可見并網(wǎng)電壓基本保持不變，因為光伏列陣采用無窮大電源作模型，并網(wǎng)電流在一開始的0.1s內(nèi)有畸變，電流的諧波分析顯示諧波含量為5.46%，諧波率較大，超過IEEE Std 1547-2003標準規(guī)定的5%的范圍。

由圖7與圖8可見電壓波形為穩(wěn)定的的三相正弦波，并網(wǎng)電流只在初期非常短的時間內(nèi)有些波動，很快達到穩(wěn)定。經(jīng)諧波分析顯示諧波率為2.59%，與SPWM法仿真所得的諧波率相比，SVPWM結果更符合國家新能源并網(wǎng)要求。

4 結論

本文分別介紹了SPWM和SVPWM兩種調(diào)制方法的原理及實現(xiàn)方法，并在matlab/simulink中建模進行仿真，得出以下結論：（1）使用SVPWM方法比使用SPWM調(diào)制方法時并網(wǎng)電流的畸變時間更短，可以控制在一個周波以內(nèi)。（2）使用SVPWM調(diào)制方法時并網(wǎng)電流的諧波率更小，僅為2.59%，驗證了SVPWM適用于光伏并網(wǎng)裝置的優(yōu)越性。

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[3]陳煒.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響研究綜述[J].電力自動化設備,2013,2.

[4]楊玉林.光伏并網(wǎng)逆變器的研究[M].武漢理工大學,2012.

熊京晶（1990—），女，湖北宜昌人，助理講師，主要從事分布式發(fā)電與微電網(wǎng)方面的研究。