光伏并網系統調制方法的仿真研究

三峽電力職業學院 熊京晶

武漢大學電氣工程學院 胡夢月

光伏并網系統調制方法的仿真研究

三峽電力職業學院 熊京晶

武漢大學電氣工程學院 胡夢月

隨著單晶硅材料制造技術的進步，光伏組件制造成本逐步降低，太陽能發電系統在經濟性上已經能夠與核能發電、水力發電展開競爭，主要技術難點集中在并網系統優化問題。本文首先介紹了國內外光伏發電并網研究的現狀,以光伏發電系統逆變器的調制方法作為本文的研究重點，分別對兩種調制方法SPWM和SVPWM的并網系統進行建模并將其應用到三相光伏發電并網仿真系統中，根據電壓電流輸出曲線對比兩種模型的優劣，驗證了SVPWM方法的優越性。

光伏并網；逆變器；SPWM；SVPWM

0 引言

國內外關于光伏并網技術的研究主要集中于逆變控制技術與并網優化，光伏逆變電路可分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路，電流型逆變電路又可分為基于電壓量的控制策略和基于電流的控制策略。其中脈寬調制法為最常見的脈沖調制方法，主要包括正弦脈寬調制法、空間矢量脈寬調制法、特定諧波消除脈寬調制法等。本文的重點在于研究光伏逆變器的SPWM與SPVWM調制方法，介紹這兩種調制方法的原理及在光伏發電系統中的應用，通過仿真比較兩種方法的優劣，對于光伏發電系統并網優化有較大意義。

1 SPWM調制法原理

正弦脈寬調制法在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規律排列，輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出。隨著全控型電力電子器件和高速微處理芯片的迅速發展，正弦波脈寬調制在光伏并網逆變器中已經得到廣泛應用。

2 SVPWM調制法原理

空間矢量脈寬調制法是從交流電動機的磁鏈分析的角度出發，以控制電動機的磁鏈空間矢量軌跡逼近基準圓為目的，從而降低電動機的轉矩脈動、改善其運行性能的一種基于空間矢量來實現調制波輸出控制的一種方法。當把SVPWM應用于逆變器控制時，能有效地減少輸出電流的諧波含量并對逆變器起到一定的保護作用。

3 建模實現與仿真分析

3.1 SPWM模型

采用matlab自帶的PWM模塊，搭建三相光伏并網仿真模型。

圖1 三相光伏發電并網系統結構圖

3.2 SVPWM模型

第一步，判斷扇區。根據參考電壓Uref所在的靜止坐標系Uα和Uβ來判斷扇區N，其對應關系如所示。

表1 N與扇區的對應關

第二步，計算相鄰兩個矢量分別作用的時間T1、T2。經過計算，可得各個扇區的基本矢量作用時間T1、T2賦值表如表2所示。

表2 T1、T2賦值表

賦值后，對T1、T2進行飽和判斷，當T1+T2T時，T1取T1T/( T1+T2)，T2取T2T/( T1+T2)。

第三步，合成空間電壓矢量。

圖2 扇區矢量切換點示意圖

首先要計算ABC三相上橋臂開關的時間切換點Ton1、Ton2、Ton3。定義Ta=(T-T1-T2)/2,Tb=Ta+T1，Tc=Tb+T2，則空間矢量切換點如表3所示。

表3 各扇區對應的矢量切換時間

得到的矢量切換點與三角波比較即可獲得六路脈沖波，以控制六個開關的通斷，實現SVPWM。根據以上分析在matlab/simulink中搭建以下模型：

圖3 SVPWM控制模塊simulink模型

圖4 生成矢量切換時間點模型

3.3 仿真結果

圖5 SPWM法并網電壓電流波形

圖6 SPWM法A相并網電壓與電流

圖7 SVPWM法并網電壓電流

圖8 SVPWM法A相并網電壓電流

由圖5與圖6可見并網電壓基本保持不變，因為光伏列陣采用無窮大電源作模型，并網電流在一開始的0.1s內有畸變，電流的諧波分析顯示諧波含量為5.46%，諧波率較大，超過IEEE Std 1547-2003標準規定的5%的范圍。

由圖7與圖8可見電壓波形為穩定的的三相正弦波，并網電流只在初期非常短的時間內有些波動，很快達到穩定。經諧波分析顯示諧波率為2.59%，與SPWM法仿真所得的諧波率相比，SVPWM結果更符合國家新能源并網要求。

4 結論

本文分別介紹了SPWM和SVPWM兩種調制方法的原理及實現方法，并在matlab/simulink中建模進行仿真，得出以下結論：（1）使用SVPWM方法比使用SPWM調制方法時并網電流的畸變時間更短，可以控制在一個周波以內。（2）使用SVPWM調制方法時并網電流的諧波率更小，僅為2.59%，驗證了SVPWM適用于光伏并網裝置的優越性。

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熊京晶（1990—），女，湖北宜昌人，助理講師，主要從事分布式發電與微電網方面的研究。