兩種負載模式下光伏并網系統無功控制

陳拉拉， 王 蔚

(長春工業大學 電氣與電子工程學院， 吉林 長春 130012)

0 引 言

目前大多數設備不僅消耗有功功率,還消耗無功功率，如果光伏并網系統在并網發電的同時,還可以對本地負載進行無功補償，這樣就可以減輕電網的負擔，提高電網穩定性。并網逆變器拓撲多為電壓型結構，與靜止無功補償器有相似之處[6]，因此,可通過對逆變器的控制，使其既可以并網發電，也兼備無功補償的功能。

1 系統控制原理

2 dq坐標系下的電流解耦

大容量逆變器多是三相三線制，環路設計時，可將系統從三相自然坐標轉換到兩相靜止坐標下，此時，三相逆變器可轉為兩個單相逆變器控制；也可轉換到兩相旋轉坐標系下[10]，此時可直接控制逆變器有功電流和無功電流，方便逆變器有功功率和無功功率調節，采用PI調節可實現并網電流基波無靜差控制，故采用dq坐標系。

dq坐標下三相并網逆變器的數學模型如下：

(1)

可見d軸中存在iq,而q軸中存在id，即兩者耦合，這會加大設計電流調節器難度，因此要對兩者解耦，把式(1)變形為:

(2)

令

(3)

將式(3)代入式(2)：

(4)

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(5)

式中: Δud,Δuq----PI調節器d軸和q軸分量的輸出;

τpi----積分時間常數;

可得控制變量ud和uq的控制方程為：

(6)

通過推導，借助引入電流狀態反饋，解除dq耦合，可獨立控制，簡化環路設計。Simulink模塊庫搭建的仿真圖如圖1所示。

3 兩種負載模式下仿真

通過Simulink模塊庫搭建光伏并網系統模型，光伏系統容量100 KVA，網側電壓220 V，頻率50 Hz。

光伏陣列輸出電壓370 V，經Boost電路升壓至700 V供逆變橋；濾波電感L=3 mH，R=0.01 Ω;調制方式為SVPWM[11]。

光伏并網系統模型搭建如圖2所示。

圖1dq解耦控制仿真搭建

圖2 光伏并網系統模型搭建

3.1 光伏系統輸出滿足本地負載后余電并網

圖3 A相電網電壓和并網電流波形(未補償)

圖4 逆變器A相輸出電壓和電流波形(補償后)

圖5 A相電網電壓和并網電流波形(補償后)

從圖3～圖5可以看出，當系統以單位功率因數運行，系統向負載和電網送有功，而負載所需無功則由電網供給(見圖3)；當系統并網發電和本地負載無功補償同時進行時(見圖4)，網側電壓和并網電流同相位(見圖5)，電網從系統吸收有功，負載有功和無功從光伏系統獲得，系統多余有功饋送到電網。

3.2 電網向負載供電

圖6 A相電網電壓和并網電流波形(未補償)

圖7 逆變器A相輸出電壓和電流波形(補償后)

圖8 A相電網電壓和并網電流波形(補償后)

由圖6～圖8可知，由于本地負載增大，系統輸出已不能滿足負載需求，當系統單位功率因數運行時，系統全部向負載提供有功，而余下不足的有功和全部無功由電網供給(見圖6)，此時電網向負載既送有功也送無功；當系統并網發電和本地負載無功補償同時進行(見圖7)，系統向負載提供部分有功和全部無功，余下有功由電網向負載供給(見圖8)，電網電壓和電流完全反相，電網只向負載送有功。

4 結 語

在dq兩相旋轉坐標下，通過分別控制逆變器有功和無功電流分量，實現逆變器有功功率和無功功率調節，使系統并網發電的同時兼備對本地負載無功補償的功能，減輕網側輸電線路的有功損耗，增加電網的穩定性。最后借助Simulink元件庫搭建仿真模型，驗證系統在兩種工作模式下，均可較好實現并網發電和對本地負載的無功補償。

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