三相CHB多電平光伏并網(wǎng)逆變器的功率平衡控制論文

　　化石能源枯竭和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，使人們對于清潔無污染的可再生能源的開發(fā)愈發(fā)迫切。太陽能由于其儲量豐富、分布廣泛以及環(huán)境友好等優(yōu)點，使得太陽能光伏發(fā)電成為理想方案。如何提高太陽能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體效率及控制性能是目前亟需解決的問題。級聯(lián)H橋多電平（Cascaded H-bridge，CHB）逆變器拓?fù)渚哂虚_關(guān)頻率低、效率高、易于模塊化拓展以及不需要變壓器即可連接中高壓電網(wǎng)等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)?？紤]到直流側(cè)光伏陣列采用獨立MPPT控制時，逆變器可能出現(xiàn)功率不平衡和直流側(cè)電壓不一致的問題，會導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生安全隱患。因此，研究三相CHB多電平光伏并網(wǎng)逆變器在獨立MPPT控制下的功率平衡控制策略，使光伏發(fā)電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文的主要研究內(nèi)容如下：

　　1、以光伏陣列為載體，詳細(xì)了解光伏電池的物理原理和工程數(shù)學(xué)模型，并對光伏電池的輸出特性進(jìn)行了分析。另外，對光伏陣列的最大功率點跟蹤（MPPT）算法進(jìn)行了研究，提出了一種基于變步長擾動觀測法的MPPT算法，該方法不但可以解決傳統(tǒng)定步長擾動觀測法因光照突變出現(xiàn)的震蕩和誤判問題，還具有較好的靈敏度和快速的響應(yīng)能力。

　　2、研究了三相CHB多電平光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型和總體控制方案。針對三相CHB多電平光伏并網(wǎng)逆變器和間功率不平衡問題，利用矢量圖對相間功率不平衡問題進(jìn)行分析，詳細(xì)闡述了加權(quán)最小-最大零序注入法（WMMZSI）和基頻零序注入法（FFZSI）兩種相間功率不平衡解決方法，對比了兩種零序注入法的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上提出一種雙最小-最大零序注入法（DMMZSI），該方法結(jié)合了兩者的優(yōu)點，具有明確的物理意義和良好的功率平衡調(diào)節(jié)能力。通過對功率平衡能力進(jìn)行定量分析，得出了DMMZSl具有最優(yōu)的功率不平衡調(diào)節(jié)范圍；針對相內(nèi)功率不平衡問題，分析了相內(nèi)功率不平衡問題的產(chǎn)生機理，提出了基于電壓加權(quán)及占空比前饋的相內(nèi)各級聯(lián)單元功率平衡控制策路，給出了控制器的穩(wěn)定工作時的約束條件，采用此方法可以控制級聯(lián)H橋逆變器直流側(cè)光伏陣列的功率與交流側(cè)的輸出功率保持平衡。最后搭建了三相CHB7電平光伏并網(wǎng)逆變器仿真模型，驗證了所提出控制策略的有效性。