一种光伏并网逆变器参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏并网逆变器参数设计方法，所述方法包括：选择逆变器的结构，建立光伏发电系统仿真模型，研究基于扰动观察法的光伏发电系统最大功率点跟踪效果，获得光伏电池的最优工作状态下的光伏电池阵列模型；获得相应的DC/DC变换器模型；获得相应的DC/AC逆变器模型；基于选择的逆变器结构类型、光伏电池的最优工作状态下的电池阵列模型、获得的DC/DC变换器模型和DC/AC逆变器模型、滤波器模型、等效外部电网模型，搭建光伏逆变器的仿真模型；实现了通过本方法设计出的光伏并网逆变器能够有效改善光伏并网逆变器THD，并提高光伏并网逆变器逆变效率。

A Parametric Design Method for Photovoltaic Grid-connected Inverter

The invention discloses a parameter design method for photovoltaic grid-connected inverters, which includes: selecting the structure of the inverters, establishing the simulation model of photovoltaic power generation system, studying the maximum power point tracking effect of photovoltaic power generation system based on disturbance observation method, obtaining the photovoltaic array model under the optimal working state of photovoltaic cells, obtaining the corresponding DC/DC converter model; The corresponding DC/AC inverters model; based on the selected inverters structure type, the battery array model under the optimal working state of photovoltaic cells, the obtained DC/DC converter model and DC/AC inverters model, filter model and equivalent external grid model, the simulation model of photovoltaic inverters is built; the photovoltaic grid-connected inverters designed by this method can effectively improve the light quality. Voltage grid-connected inverter THD, and improve the efficiency of photovoltaic grid-connected inverter.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏并网逆变器参数设计方法
本专利技术涉及并网逆变器研究测领域，具体地，涉及一种光伏并网逆变器参数设计方法。
技术介绍
并网逆变器作为可再生能源发电接入电网的关键设备，其性能好坏直接影响到整个并网发电系统。然而，并网逆变器中常用的脉宽调制技术，即PWM技术给并网电流带来大量的开关次高频谐波，影响接入公共电网的敏感设备。早期的逆变器采用L和LC滤波器改善入网电流的质量，并已经有了较为成熟的研究成果，在中高功率应用场合，增加滤波电感值的方式虽然可以增强谐波衰减能力，但是降低了系统的动态性能，并带来元件体积过大、成本过高等一系列问题。与L滤波器相比，在相同的滤波效果下，LCL滤波器只需要较小的总电感值，因此被越来越多的应用到并网逆变器中然而，LCL滤波器作为欠阻尼三阶系统，不可避免地为系统带来了谐振问题，如果直接使用传统的并网电流闭环控制方式，会影响并网逆变器控制的稳定性。此外，多逆变器并网系统中逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间的交互耦合等因素组成更为复杂的高阶谐振网络，进一步影响并网系统的稳定性。因此，采取有效的谐振抑制方法极为重要。此外，并网型逆变器的功率因数依然有待提高，这在一定上可以提高有功功率的输出并降低无功损耗。由于我国幅员辽阔，广阔的土地上拥有充足的光照，因此，设计出一种可以有效减少高次谐波，提高输出效率的逆变方案就显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种光伏并网逆变器参数设计方法，解决现有技术存在逆变器逆变效率不高以及逆变器的输出具有较多的谐波分量从而对公共电网带来电力污染的技术问题，实现了通过本方法设计出的光伏并网逆变器能够有效改善光伏并网逆变器THD，并提高光伏并网逆变器逆变效率。为实现上述专利技术目的，本申请提供了一种光伏并网逆变器参数设计方法，所述方法包括：选择逆变器的结构，选择两级式并网逆变器作为逆变器的结构；基于扰动观察法，建立光伏发电系统仿真模型，研究基于扰动观察法的光伏发电系统最大功率点跟踪效果，获得光伏电池的最优工作状态下的光伏电池阵列模型；针对光伏逆变器中的DC/DC变换器，选用Boost电路进行仿真研究，使动态的电池板输出稳定在设定的700V作为DC/AC的输入，获得相应的DC/DC变换器模型；针对光伏并网逆变器的部件DC/AC逆变器，选择SVPWM软开关的控制方式，对SVPWM软开关的效果进行仿真，验证在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电转换为频率和电压都可调的交流电，获得相应的DC/AC逆变器模型；基于选择的逆变器结构类型、光伏电池的最优工作状态下的电池阵列模型、获得的DC/DC变换器模型和DC/AC逆变器模型、滤波器模型、等效外部电网模型，搭建光伏逆变器的仿真模型。进一步的，所述方法还包括：在搭建光伏逆变器的仿真模型后，对光伏逆变器的仿真模型进行测试分析，测试指标包括：逆变效率、功率因数、THD。进一步的，所述方法还包括对各项指标进行了测试分析与设定的指标对比，要求THD<5％，逆变效率>95％。进一步的，本方法为基于SVPWM的电流电压输出控制算法的改善THD与提高逆变效率的光伏并网逆变器的模型设计方法，包括以下步骤：步骤1：首先，由于在两级式并网逆变器中，最大功率点的跟踪和逆变分别在两个环节中实现，使整个控制系统的复杂程度大大降低，各级控制精度都可以得到提高，因此选定两级式并网逆变器的结构。两级式并网逆变器是目前广泛采用的拓扑结构，分为DC-DC和DC-AC两个环节，DC-DC环节主要完成升压变换，用来实现最大功率点的跟踪，DC-AC环节主要完成并网电流的跟踪。这样，最大功率点的跟踪和逆变分别在两个环节中实现。两级式并网逆变器的拓扑结构图如图1所示。步骤2：使用扰动观察法，在MATLB/SIMULINK下建立了仿真模型，研究了基于扰动观察法的最大功率点跟踪效果。一般正常条件下，光伏电池P-U特性曲线是一个以最大功率点为极值的单峰值函数，这一特点为采用扰动观测法来寻找最大功率点提供了条件，而扰动观测法实际上才用了步进搜索的思路，即从起始状态开始，每次对输入信号做一有限变化，然后测量由于输入信号变化引起的输出变化的大小及方向，待方向辨别后，再控制被控对象的输入按需要的方向调节，从而实现自寻最优控制。在光伏发电系统中，光伏电池的利用率除了与光伏电池的内部特性有关外，还受使用环境如辐照强度、负载和温度等因素的影响。在不同的外界条件下，光伏电池可运行在不同且唯一的最大功率点上。因此，对于光伏发电系统来说，应当寻求光伏电池的最优工作状态，以最大限度地将光能转化为电能。步骤3：针对光伏逆变器中的DC/DC变换器，选用Boost电路做了仿真研究。此目的是为了能够让动态的电池板输出稳定在设定的700V作为DC/AC的输入。步骤4：针对光伏并网逆变器的核心部件DC/AC逆变器，选择SVPWM软开关的控制方式和设计思路，同时对软开关的效果作了仿真。之后介绍了光伏逆变器后续的滤波。仿真的目的验证了在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电转换为频率和电压都任意可调的交流电。具有良好的控制效果。步骤5：搭建光伏逆变器的仿真模型，即参考已有模型结构，依次搭建光伏电池阵列模型、逆变器、滤波器、等效外部电网(用电源替代)，各模块参数按照适宜的经验范围，经多次试验配合，并对各项指标(包括逆变效率、功率因数、THD)进行了测试分析。步骤6：对各项指标进行了测试分析与设定的指标对比，即要求THD<5％，逆变效率>95％。从而验证设计的正确性。进一步的，所述方法采用SVPWM调制系统实现SVPWM信号的实时调制，SVPWM调制系统的两个输入端电压分别与子系统连接，子系统包括两个增益不同的乘法器，SVPWM调制系统的2个输入端与子系统连接后，分别再与选择开关和后续乘法器相接，用于对输入端采样值扩大一定倍数；SVPWM调制系统输出端的结果对应的状态驱动功率开关元件动作。进一步的，实现SVPWM信号的实时调制步骤包括：获得合成电压矢量Uref所在的区间位置，然后利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量合成电压矢量；在静止坐标系(α，β)中可描述的电压空间矢量图，电压矢量调制的控制指令是矢量控制系统给出的矢量信号Uref，矢量信号Uref以某一角频率ω在空间逆时针旋转，当旋转到矢量图的某个60°扇区中时，计算该区间所需的基本电压空间矢量，并以此矢量所对应的状态去驱动功率开关元件动作；当控制矢量在空间旋转360°后，逆变器输出一个周期的正弦波电压；合成矢量Uref所处扇区的判断，空间矢量调制的第一步是判断由Uα和Uβ所决定的空间电压矢量所处的扇区；通过对选择开关的控制，产生三相逆变桥电路中六只功率开关器件的驱动信号,用所产生的驱动信号控制六只功率开关器件,最终使逆变电路输出三相交流电。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1)通过对LCL型滤波器参数的设计，利用该优化参数设计，可以有效减少滤波器的总电感量，从而减小滤波器体积并降低系统成本。2)传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏并网逆变器参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：选择逆变器的结构，选择两级式并网逆变器作为逆变器的结构；基于扰动观察法，建立光伏发电系统仿真模型，研究基于扰动观察法的光伏发电系统最大功率点跟踪效果，获得光伏电池的最优工作状态下的光伏电池阵列模型；针对光伏逆变器中的DC/DC变换器，选用Boost电路进行仿真研究，使动态的电池板输出稳定在设定的700V作为DC/AC的输入，获得相应的DC/DC变换器模型；针对光伏并网逆变器的部件DC/AC逆变器，选择SVPWM软开关的控制方式，对SVPWM软开关的效果进行仿真，验证在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电转换为频率和电压都可调的交流电，获得相应的DC/AC逆变器模型；基于选择的逆变器结构类型、光伏电池的最优工作状态下的电池阵列模型、获得的DC/DC变换器模型和DC/AC逆变器模型、滤波器模型、等效外部电网模型，搭建光伏逆变器的仿真模型。

【技术特征摘要】
1.一种光伏并网逆变器参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：选择逆变器的结构，选择两级式并网逆变器作为逆变器的结构；基于扰动观察法，建立光伏发电系统仿真模型，研究基于扰动观察法的光伏发电系统最大功率点跟踪效果，获得光伏电池的最优工作状态下的光伏电池阵列模型；针对光伏逆变器中的DC/DC变换器，选用Boost电路进行仿真研究，使动态的电池板输出稳定在设定的700V作为DC/AC的输入，获得相应的DC/DC变换器模型；针对光伏并网逆变器的部件DC/AC逆变器，选择SVPWM软开关的控制方式，对SVPWM软开关的效果进行仿真，验证在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电转换为频率和电压都可调的交流电，获得相应的DC/AC逆变器模型；基于选择的逆变器结构类型、光伏电池的最优工作状态下的电池阵列模型、获得的DC/DC变换器模型和DC/AC逆变器模型、滤波器模型、等效外部电网模型，搭建光伏逆变器的仿真模型。2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器参数设计方法，其特征在于，所述方法还包括：在搭建光伏逆变器的仿真模型后，对光伏逆变器的仿真模型进行测试分析，测试指标包括：逆变效率、功率因数、THD。3.根据权利要求2所述的光伏并网逆变器参数设计方法，其特征在于，所述方法还包括对各项指标进行了测试分析与设定的指标对比，要求THD<5％，逆变效率>95％。4.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器参数设计方法，其特征在于，所述方法采用SVPWM调制系统实现SVPWM信号的实时调制，SVPWM调制系统的两个输入端电压分别与子系统连接，子系统包括两个增益不同的乘法器，SVPWM调制系统的2个输入端与子系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文斌，潘晨，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司成都供电公司，
类型：发明
国别省市：四川,51