基于復(fù)合控制的清潔能源光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制研究

摘要：清潔能源對(duì)于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。針對(duì)清潔能源光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制存在的問(wèn)題，研究提出了一種基于電力電子變壓器的分相電流復(fù)合控制策略。采用分相電流調(diào)控方式，以變換器輸出的負(fù)載電流，向單相牽引負(fù)載供電，減小電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)間的不對(duì)稱(chēng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)研究提出的基于電力電子變壓器的復(fù)合控制策略，在電網(wǎng)側(cè)電壓大小不一致的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器的輸出，仍能獲得期望的交流電壓。研究的成果在清潔能源光伏發(fā)電領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：分相電流控制 清潔能源 光伏發(fā)電并網(wǎng) 復(fù)合控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on the Grid-Connected Split-Phase Current Control of the Photovoltaic Power Generation of Clean Energy Based on Hybrid Control

DONG Yujie

Yunnan College of Business Management，Kunming，Yunnan Province， 650106 China

Abstract： Clean energy is of great significance for sustainable development strategies. For the problem of the grid-connected split-phase current control of the photovoltaic power generation of clean energy， this study proposes a hybrid control strategy of split-phase currents based on power electronic transformers. This paper adopts the split-phase current control method to supply power to the single-phase traction load by the load current output by the converter， so as to reduce the asymmetry among nodes in the grid. Simulation results show that the proposed composite control strategy based on power electronic transformers can still obtain the desired AC voltage by adjusting the output of inverters under the condition of inconsistent voltage on the grid side. The results of this study have broad application prospects and important practical significance in the field of the photovoltaic power generation of clean energy.

Key Words： Split-phase current control; Clean energy; Grid-connected photovoltaic power generation; Compound control

在全球氣候變暖、能源資源短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)下，開(kāi)發(fā)與利用清潔能源已成為現(xiàn)如今普遍關(guān)注的問(wèn)題。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電能輸送和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而分相電流控制則是并網(wǎng)技術(shù)中的重要組成部分[1]。在并網(wǎng)技術(shù)中，電流控制是一個(gè)非常重要的步驟，它對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電有著重要的影響[2]。但光伏電源具有間歇性、隨機(jī)性等特性，給并網(wǎng)電流控制帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)[3]。針對(duì)上述問(wèn)題，研究提出一種基于電力電子變壓器（Power Electronic Transformer， PET）的復(fù)合控制策略，以提高清潔能源光伏發(fā)電并網(wǎng)電流控制的有效性。研究提出的復(fù)合控制策略在整個(gè)系統(tǒng)中具有簡(jiǎn)化控制的作用，采用智能預(yù)測(cè)控制與前饋解耦控制相結(jié)合的方法，使交叉耦合電路達(dá)到完全解耦。

1光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制系統(tǒng)主要包括光伏側(cè)Yy降壓變壓器、直流/直流變換器、三相-兩相牽引變壓器、三相交流/直流變換器、兩相-三相牽引變壓器等。通過(guò)兩相-三相牽引變壓器，牽引網(wǎng)兩側(cè)的饋線被變換成三相10 kV的低電壓母線，為光伏電池的并聯(lián)提供共同的母線[4]。光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

2基于電力電子變壓器變換器的復(fù)合控制策略

基于電力電子變壓器變換器的復(fù)合控制策略采用智能預(yù)測(cè)控制與前饋解耦控制相結(jié)合的方法。前饋解耦控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)中的交叉耦合電勢(shì)完全解耦，從而減少了計(jì)算量[5]。該組合控制器采用了一種基于PET變換器的離散模型，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，從而保證了輸入電流的幅值和前饋的估算結(jié)果相近。在每一次取樣期間，選取適當(dāng)?shù)那袚Q狀態(tài)，以驅(qū)動(dòng)電源元件。在光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制系統(tǒng)中，建立數(shù)學(xué)模型，具體如式（1）所示。

式（1）中：表示三相電流；表示輸入側(cè)電感；表示光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制系統(tǒng)的三相電壓；表示輸入電壓；表示寄生電阻。為了實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定以及單位功率因數(shù)的正常運(yùn)行，可以對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)側(cè)電流與直流側(cè)電壓進(jìn)行精確的管理。電力電子變壓器變換器控制階段，由于電流向量之間存在著相互影響，無(wú)法單獨(dú)進(jìn)行控制。因此引入前饋解耦控制策略，前饋解耦控制如式（2）所示。

式（2）中：表示有功電流給定值；表示電流無(wú)功分量給定值。引入前饋解耦控制策略之后，電流解耦。針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和之后應(yīng)用的控制方式及數(shù)據(jù)，研究提出了一種基于預(yù)測(cè)模型的方法。具體如圖2所示。

預(yù)測(cè)模型理論具體如式（3）所示。

式（3）中：為控制系統(tǒng)輸出；為控制系統(tǒng)輸入；為系統(tǒng)的狀態(tài)。預(yù)測(cè)輸出以測(cè)得的為出發(fā)點(diǎn)，以系統(tǒng)的輸出與預(yù)期的輸出相吻合，也就是預(yù)期的輸入。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿(mǎn)足控制和輸出的約束條件。總之，預(yù)計(jì)的系統(tǒng)輸出越接近于所需的系統(tǒng)輸出越好，所以最好能找出圖2中填充區(qū)域最小的最優(yōu)控制輸入。

3基于復(fù)合控制策略的性能評(píng)估

為了驗(yàn)證光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流系統(tǒng)的有效性，研究采用Matrix Laboratory對(duì)分相電流系統(tǒng)進(jìn)行建模，并對(duì)其展開(kāi)一系列仿真實(shí)驗(yàn)。研究通過(guò)模擬試驗(yàn)，分析了在不同電壓幅度下，系統(tǒng)的輸入、輸出電壓、負(fù)荷功率等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓和負(fù)載側(cè)電壓的仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3中，通過(guò)研究提出的復(fù)合控制策略，在電網(wǎng)側(cè)電壓大小不一致的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器的輸出，仍能獲得期望的交流電壓。負(fù)載功率從5 kW變化至2 kW時(shí)，負(fù)載側(cè)A相實(shí)際電流跟蹤的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4中，隨著負(fù)荷功率的下降，基準(zhǔn)負(fù)荷電流幅值以及實(shí)際負(fù)荷電流幅值都將下降。然而即使在這種情況下，負(fù)載電流仍將與期望的交流負(fù)載側(cè)電壓220V/50Hz保持相同的相位。說(shuō)明通過(guò)研究所提的復(fù)合控制策略能夠調(diào)整負(fù)載電流，確保負(fù)載電流與期望電壓相位一致。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的PET控制策略太過(guò)復(fù)雜，研究提出了基于復(fù)合控制的清潔能源光伏發(fā)電并網(wǎng)分相電流控制技術(shù)。研究提出了一種前饋解耦控制和智能預(yù)測(cè)控制的復(fù)合控制策略，并進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明：隨著負(fù)荷功率的下降，基準(zhǔn)負(fù)荷電流幅值以及實(shí)際負(fù)荷電流幅值都將下降。然而即使在這種情況下，負(fù)載電流仍將與期望的交流負(fù)載側(cè)電壓220V/50Hz茲保持相同的相位。該復(fù)合控制策略對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電流控制具有較好的有效性。未來(lái)研究需要考慮光伏電池板輸出特性的非線性問(wèn)題，以及光照、溫度等因素的影響。

參考文獻(xiàn)

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