分布式风光互补并网逆变器的控制系统设计与切换策略研究.pdf
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1、Telecom Power Technology 47 Aug.25,2023,Vol.40 No.16 2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期设计应用技术DOI:10.19399/ki.tpt.2023.16.014分布式风光互补并网逆变器的控制系统设计与切换策略研究李丽晶,王小建(石家庄信息工程职业学院,河北 石家庄 052161)摘要:为保证西部偏远地区的日常供电,依托当地的太阳能和风能等自然资源,利用风力发电机、光伏电池板、储能蓄电池组以及Boost升压基波电路闭环的比例积分(Proportional Integral,PI)控制模块,构建风光互补自动发电系统,实现风能
2、、太阳能等能源发电的切换。针对风力发电系统电路的并联要求,基于双闭环 PI 控制电路,增加风机双闭环 PI 控制系统、并网逆变器、切换控制模块等结构,设置风电控制系统的切换阈值和切换条件,及时切换与转换风力发电系统的风机转速和太阳能发电系统的光照信号,探讨并网逆变器双闭环PI控制电路的电流幅值和频率变化状况,以提高控制结构切换、电网电流频率与幅值的稳定性。关键词:分布式风光互补;并网逆变器;控制系统;切换策略Research on Control System Design and Switching Strategy of Distributed Wind Solar Complementa
3、ry Grid-Tie InverterLI Lijing,WANG Xiaojian(Shijiazhuang Information Engineering Vocational College,Shijiazhuang 052161,China)Abstract:To ensure the daily power supply level in remote areas in the western region,it is usually based on local natural resources such as solar energy and wind energy,util
4、izing wind turbines,photovoltaic panels,energy storage batteries,and the Proportional Integral(PI)control module of the boost fundamental circuit closed-loop to build a wind solar complementary automatic power generation system,thereby achieving the switching function of energy generation such as wi
5、nd and solar energy.According to the parallel connection requirements of the wind power generation system circuit,based on the double closed loop PI control circuit,the structure of the wind turbine double closed loop PI control system,grid-tie inverter,switching control module and other structures
6、are added,the switching threshold and switching conditions of the wind power control system are set,the wind turbine speed of the wind power generation system and the light signal of the solar power generation system are switched and converted in time,and the current amplitude and frequency changes
7、of the grid-tie inverter double closed loop PI control circuit are discussed,to improve the stability of control structure switching and grid current frequency and amplitude.Keywords:distributed wind solar complementary;grid-tie inverter;control system;switching strategy0引言我国西北地区风能和太阳能具有季节互补性。根据不同时间
8、段可再生清洁能源的变化情况,设置风光互补的能源发电控制系统,成为西北地区发电、电能控制与利用的重要手段。分布式风光互补并网逆变器的发电控制系统,在不同时段采用风力发电机转速-电流双闭环和 Boost 基波电压-并网电流双闭环,结合并网逆变器、切换控制器、开关组等组成模块,控制不同系统的外环风机转速、内环电流以及电压反馈值等参数,从而合理完成系统风电与光电的储能和用电匹配工作。1分布式风光互补并网自动发电系统的设计1.1光伏电池板的发电模型分布式光伏发电又称分散式发电或供能,是在距离用电现场和普通用户较近的空间位置配置光伏发电的供电系统,包括太阳能电池阵列、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流/直流(
9、Direct Current/Direct Current,DC/DC)转换器、并网逆变器、变压器以及交流配电柜等基本设备,同时配置温度仪、辐射仪、监控采集器等系统监控装置,用于太阳辐射下光能和电能的转换与传输控制。光伏电池板的发电模型结构,如图 1 所示1。太阳能电池阵列 太阳能电池阵列 太阳能电池阵列汇流箱辐射仪温度仪汇流箱逆变器监控数据采集器远程计算机DC/DC直流转换器升压系统高压电网汇流箱图 1光伏电池板的发电模型结构在太阳光充足的时间段,太阳能电池阵列组件会吸收光能,并将光能转换为电能输出,经直流汇流收稿日期:2023-06-25作者简介:李丽晶(1986),女,河北石家庄人,硕士
10、研究生,讲师,主要研究方向为电气自动化。2023 年 8 月 25 日第 40 卷第 16 期Aug.25,2023,Vol.40 No.16Telecom Power Technology 48 箱,集中传送至 DC/DC 转换器。DC/DC 转换器通过多种信号变换控制直流电传输与输出,随后由并网逆变器将直流电逆变为交流电,为建筑用电现场和普通用户提供电能,多余的电能则联入电网进行调节2。为保证太阳能光伏电池阵列系统的发电效率,利用基于电导增量的最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制方法,将光伏电池阵列输出功率与输出电压比值|dP/dU|作为
11、步长的变化系数,则 k 时刻的采样值为 k|dP/dU|。当|dP/dU|=0时,表明在 k 时刻光伏电池的工作点已达到最大功率点,即 Uref(k+1)=Uref(k)。此时,DC/DC 变换器作为直流电转换电路,能够监测太阳能发电的最大功率输出点,然后由可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和锁相环(Phase Locked Loop,PLL)软件执行程序发送脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)波、正弦脉宽调制(Sine Pulse Width Modulation,SPWM)波脉冲信号,控制可驱动逆变器的开关
12、通断,并调整 DC/DC 变换器电路内的开关电源占空比。1.2风力发电机的发电模型风力发电机组的直流电压和电流输出端分别连接 DC/DC 变换器和电压转换单元的输入端,然后与并网逆变器、箱式变压器、储能单元等模块结构形成连接,从而完成某场景的用户用电负载的自动调节3。主控单元中央处理器(Central Processing Unit,CPU)不仅通过 PWM 波控制模块与并网逆变器、箱式变压器连接,而且接入霍尔传感器,用于采集风力发电机组的温度数据和转速数据。根据空气动力学原理,假设风力发电机组转速的机械功率为 Pm,机械转矩为 Tm,模型的计算公式为()53p23mp353pmm31,222
13、R CPR v CR CPTRv=(1)式中:v 为自然界空气风速;为风力机转速;为空气密度;R 为风轮半径;为桨距角;为风机叶片尖端的叶尖速比;Cp为风能利用系数。在桨距角 固定的情况下,随着风力机转速 和叶尖速比 等的参数变化,风能利用系数 Cp会随之发生变化。当风轮叶片尖端线速度和风速比值为 opt时,表明风能利用系数 Cp达到最优,即 Cp=Cp-max,得到风力发电机组转速的最大功率为()53p-max23mp-max3opt1,2R CPR v C=(2)2分布式风光互补并网逆变器的控制系统设计2.1分布式风光互补并网系统的双闭环 PI 控制结构风光互补发电系统是在电流内环和电压外
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