級聯式逆變器在光伏并網系統的應用研究

摘 要： 采用級聯式多電平逆變器的電路拓撲結構，并對基于此結構的光伏并網系統的控制策略進行研究。為實現有效并網，使得并網電流與電網電壓相位一致，在結合單級光伏并網系統控制策略和級聯式逆變器控制策略兩者特點的基礎上，采用階梯波控制與電流環控制的混合控制方式，并對此系統進行Matlab/Simulink仿真分析，驗證這種控制方法的可行性。采用PR調節器的電流環控制，提高了級聯式逆變器的效率。

關鍵詞： 光伏并網系統； 級聯式逆變器； PR調節器； 混合控制

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0165?03

0 引 言

隨著國際上對于清潔能源的要求越來越高，我國逐漸開始加大光伏發電等清潔能源在整個電網發電中的比重。光伏并網技術是光伏發電系統的核心技術之一，光伏發電系統主要由太陽能板、DC?DC升壓電路、逆變器、用戶（電網）等組成。目前，大多數逆變器采用傳統的單級式或多級式，基于這些形式下的太陽能光伏并網系統在結構上存在著如下不足[1?2]：并網逆變器中開關管的工作頻率較高，損耗較大；逆變器工作需要足夠的直流電壓，這需要多個光伏電池串聯起來以達到電壓等級的要求，同時，逆變器開關管承受的du/dt較大，整個系統的可靠性下降。采用級聯式逆變器就可以很好解決這些傳統方式下的不足，本文旨在探討級聯式逆變器在光伏并網中的特點以及基于級聯式逆變器的光伏并網系統的Matlab/Simulink仿真研究。

1 基于級聯式逆變器的光伏并網發電系統

1.1 級聯式逆變器的結構

1.2 光伏并網發電系統的拓撲結構

2 光伏并網系統的控制策略

結合單級光伏并網系統控制策略以及級聯式逆變器控制策略兩者的特點[3?6]，為獲得與電網側同相位的并網電流，前級DC?DC電路對光伏電池電壓升壓并實現最大功率跟蹤控制，后級DC?AC電路采用階梯波控制和電流環控制的混合控制策略。在這種策略控制下的光伏并網系統，并網電流與電網電壓相位保持一致，并能實現最大功率跟蹤。限于篇幅，前級的最大功率跟蹤控制本文將不作介紹，本文重點介紹級聯式逆變器部分的控制策略。

2.1 基于階梯波控制的PWM載波調制控制

2.2 電流環控制

3 基于級聯式逆變器光伏并網系統的仿真研究

4 結 語

級聯式逆變器其輸出的波形接近正弦波，具有更小的諧波，采用階梯波控制與電流環控制方式能夠在強弱光照下進行很好的并網。Matlab/Simulink仿真分析驗證此種方法的正確性。同時由于多個獨立電源的串聯，開關管的耐壓與du/dt只取決于與之并聯的直流電源，所以開關管承受的du/dt較小，隨著級聯數目增加，諧波將會減小。這些都能很好地解決傳統的單級式或多級式太陽能光伏并網系統結構上一些不足，提高系統的穩定性和效率。

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