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2˙系统结构和运行原理
2.1系统结构
并网光伏发电系统一般由1个或多个基本单元组成,每个单元的容量约为0.3~1.0MW。大面积的光伏列阵组件通过直流升压斩波(boost)DC/DC变换器,调节光伏列阵的输出电压,进行MPPT控制,实施光电转换后经直流母线汇集后分配给逆变部分,再由逆变器及滤波装置转换为满足电能质量要求的交流电,经变压器升压后并网[8]。带有超级电容器调节装置的并网光伏发电系统结构如图2所示。超级电容器组作为直流侧的储能元件,并联于直流母线,与双向DC/DC变换器构成功率调节系统,可在两象限内调节功率流动。双向DC/DC变换器采用功率、电流双闭环反馈滞环电流控制方式,响应速度快,结构简单。当功率P0波动时,为使系统输出恒定或大小可控制于功率数值Pref,超级电容器调节装置在控制器的控制下通过双向DC/DC变换器进行功率的吸收或补偿,吸收或补偿的功率为ΔP,即
该装置有以下2种工作模式。
(1)当功率大于指定功率Pref时,ΔP为正,功率差值由储能装置吸收,超级电容器充电,双向DC/DC变换器工作在降压斩波(buck)模式。
(2)当功率小于指定的输出功率Pref时,ΔP为负,功率差值由储能装置补充,超级电容器放电,双向DC/DC变换器工作在升压斩波(boost)模式。
2.2双向DC/DC变换器模型
双向DC/DC变换器(Bi-directionalDC-DCconvert,BDC)是DC/DC变换器的双象限运行,它的输入、输出电压极性不变,输入、输出电流的方向可以改变。BDC实现了能量的双向传输,在功能上相当于两个单向DC/DC变换器,是典型的“一机两用”设备。以控制光伏并网系统按指定功率平滑、准确地输出功率为目的,采用Boost型BDC变换器来调控系统的能量流动,Boost型BDC变换器电路由图3所示。
通过状态平均法,经过平均—小信号扰动—线性化处理,建立到Boost型BDC变换器的状态空间平均小信号数学模型[9]如式(8)所示。
双向DC/DC变换器是二阶电路,取输出功率和电感电流两种反馈信号,实现双闭环控制是符合最优控制规律的。其中电流环为内环,相当于一个自动稳流电源,实现电感电流的自动调节。功率环为外环,用来控制超级电容器吸收或补充输出功率的波动成分,按指定功率输出。为调节功率波动运行情况下系统的性能,可以增加前向通路中所含的积分环节数,即采用PI控制器来进行补偿。
2.3滞环电流控制方法
滞环控制是一种应用很广的闭环电流跟踪控制方法[10]。基于滞环电流控制,制定双向DC/DC变换器的控制策略,结构简单且反应快。采用恒定环宽变频滞环电流控制时,电感电流i0作为反馈量与给定电流iref进行比较,再经两态滞环比较器产生控制信号控制开关管通断。在完整的控制过程中,以滞环电流控制作为系统的内环,通过外环作用为滞环控制单元提供瞬时电流参考信号iref,作为滞环比较器的输入,通过与实际电感电流反馈信号比较,产生相应的开关指令脉冲序列。在V1和VD1构成降压斩波电路时,V2导通状态下,电感电流iL近似直线上升,当达到预定的滞环带上限时,V1关断,VD1续流,从而电感电流开始衰减。同样,随着电流减至滞环下限,又返回前一种状态,如此周而复始进行,迫使电感电流跟踪参考电流而变化,换言之,将电感电流限定于以参考电流为中心的滞环带以内,如图4所示。同理,V2和VD2构成升压斩波电路时,电感电流也会限定于以参考电流为中心的滞环带以内。
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