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英文文献翻译
《光伏逆变器数字功率因数控制和无功功率调节》
摘要
对光伏（
PV
）的连接到电网系统的整体效率取决于直流电（
DC
）的太阳能
模
块
对交流电（交流）逆变器转换的效率。逆变器连接的要求包括：最大功率点，
高
效率，控制权注入网格，高功率因数，低的并网电流的谐波失真。功率
因数的
控制
和连接的光伏系统并网无
功功率调节的方法就是采用现场可编程门阵列
（
FPGA
）。根据电网的要求，注入的有功和无功影响都是可控的。
在此提出了一
种新
的单相逆变器数字控制策略。这种控制策略基于逆变器输出之间的电压与电
网
电压相移及数字正弦脉宽调制（
DSPWM
）模式，在逆变器输出电流较宽范围
内来
控
制功率因数，因此无功功率的控制一定可以实现。
这种被提出的控制策略
的优点是
围绕简单的数字电路来实施的。在这项工作中，这一策略的仿真研究已
Matlab/Simulink
和
PSIM
软件实现了。在为了验证其性能，这种控在一个
FPGA
内
实现。实验测试展示了这
种控制的可行性能够来控制功率因数及并网电力。
关键词：并网光伏发电系统
数字控制
FPGA
1
介绍
随着
对全球环境保护的日益关注，生产无污染的天然能源需求例如太阳作为
一
种能源替代未来能源已引起极大的兴趣因为太阳能是一种清洁无污染和取之<
/p>
不竭
的。为了有效地利用太阳能，大量
的关于并网的研究已经在光伏发电系统中
进行。
在连接到光伏系统网格时，可以转换输出直流电（
DC
）到备用电流（
AC
）
太阳能电
池组件的逆变器正受到越来越多兴趣以发电于实用。
在
DC -
AC
变换器
单相逆变器
功率因数控制
正弦电流注入到电网，
控制功率因数
［
1-4
］
。一些关键已被查明，其中可以进行重
大改进的设
计和实施连接到网格中的逆变器，女口：低总谐波真，消除了直流分量
注入连接的网格，同时控制有功和无功功率和数字控制的执行情况。
生成的脉冲
宽度调制（
PWM
）模式
［
7
］
，
是在输入交流电源存在的能降低谐波低数量
级元件。
数字化的实现提供了改善他们的模拟效果。
他们不受噪音影响，而且不太易
受<
/p>
电压和温度变化。因此，对数字实施过程的兴趣已经执行。
运用
FPGA
的修改
将提
供的灵活性和简洁性在不改变硬件设计和快速电路原型
的基础上
连
接到另一系统网络非常重要的方面是选择适当的功率因数根据并网要求：
有功功
［
1
0-12
］
o
率和无功功率。最有效的系统那些，根据电网的要求
［
8-10
］
，允许并网的有功
和
无功功率发生变化的。合适的控制此策略是不仅
能够控制并网电流还有功率因数
（
P
F
）。不同的功率因数，在一定范围内，有功功率可被动态改变和控制。控制
的基本思想是使用以前的模式计算和
DSPWM
制表应用到一个恒定的直流母线
<
/p>
电压。逆变器的相位转移作为控制参数，输出逆变器输出电压电流幅值和功率因
数
可控制的，所以并网功率包括有功功率和无功
功率。
这种控制已在实施数字化
<
/p>
的一
个
FPGA
得到应用并在仿真和实验中得到验证。
2
逆变器拓扑
在图
1a
中显示出了单相逆变器电源级连接到电网，以解释电
流控制的逆变
器输
出的关键。此外，
有功和无功功率可以得到控制。
在连接到电网中的逆变器的主
要规格是该电流必须在一定范围内从一个有
功率
校正的光伏电源面板获得
［
10
］
。该分析是基于逆变器和网格的电感耦合。
图
1
单相并
网逆变器拓扑及相位图
解释图中电路特
1b
中是代表的逆变器输出电压基本组成部分的相图，
Vinv
指逆变器输出电流，输出电
流通过耦合电感
L
，该基本组成部分的电感电压
VL
，
其
在电网电压根本组件
Vgrid
［
6
］
。电网电压与逆变器输出电流之间的相位差由角
=
表示，电网电压与逆变器输出电压的相位差由角
表示。从相图
1b
中，逆
变
器并网的有功功率（
P
）和无功功率（
Q
）可分别通过标准式（
1
）（
2
）（
3
）求
得。
Vgrid
(Vinv
?(；「
))
■
*l
(Vinv
< br>?
cos(
；
「
)
—
Vgrid )
(1)
(2)
从式（
1
）
（
2
）
,
有功功率（
P
）
和无功功率（
Q
）的幅值可以得到，作为对
输出电流的基本组成部分，取决于以下参数
1Vi nv
的幅值
2
逆变器输出电压与电网电压的相移角
二
因此，功率流（发电和吸收）双方
的有功和无功功率可以得到控制，选择一
个
< br>适当的逆变器输出电压幅值和逆变器输出电压和电网之间的相移（
a
）
0
从相
图，
图
1b
中，人们可以在式（
3
）得到另一重要的关系关于逆变器并网的输出
电流
及其相移。
lout * cos
=
：
Vinv *sin -
(3)
其中
VI
=
①
?
l
*Iout
该逆变器输出电流
Iou
t
的大小，及相位
①
（式（
3
）
），取决于逆变器输出电
压
Vinv
的大小和它的相位匚
o
为了能够注入电网，直流电源是一
个必要条件，且幅值必须足够高，因为电
压，
Vinv
,
必须有一个最高值，大于或等于电网最高电
压。该
函数振幅调制指数
Ma
，在
PWM
模式下使用。
式（
5
）给出了逆变器输出电压
与直流电源之间的关系。
Vinv = Ma *Vdc
Vinv
可以表示为
（
5
）
?
的表
从标
准式（
4
）及（
5
），可以得到逆变器输出电流，输出电流及相位
达，函数的振幅调制指数
Ma
和相移二（式（
6
）
）
:
Iout *cos
幽
Ma *V d c
l
si n
（
6
）
-
Cp
-
该逆变器输出电流的大小，输出电流及相位
< br>（式（
6
）
），取决于逆变器<
/p>
输
出电压的大小，
Vinv
,
和它的相角二，及不同的振幅调制指数
Ma
。
在任何情况下，假定目前的并网电流提出了一种低谐波含量（
因
THDzO
）
o
功率
(1)
数
PF
是由从方程式（
6
）推导的
cos<
/p>
‘
决定的。
对
于一个逆变器设计参数组合，（耦合电感
L
时，连续直流母线<
/p>
Vdc
，和振
幅
调制马指数
Ma
）中，输出电流仅依
赖于
Vgrid
和
< br>Vinv
的相位差，因此并网电
流
lout
可以表示为：（式（
7<
/p>
）
）
I o
u4 f
（匚）
为了确定这些参数（
L
,
Vdc
,
Ma
）
,
它是必要的进行了系统的每一个变量
的
影响分析并网的最大有功和无功功率。首先，图
并网的有功功率和无功功率的影响和对功率因数
2ab
分别显示了每个变量对
PF
,
而这是目前能表达振幅为
Vinv
不同的值的参数。并网电压
Vgrid=240V
，耦合电感
L=
20mh
。
从图
a
可以得出结论，根据逆变器的输出电压能得到并网的有功功率和无功
功
率。从图。
2b
中，可以得出结论，要得到电流非常小幅度，有必要维持逆变
器输出
电压，
Vinv
，非常接近电网电压，
Vgrid ..
< br>在图
2b
分析得出的结果中可以得出以下结论：
对于较低的输出电流，如果功率因数是要维持等于单位
1,
逆变器电压大小必
须
进行更密切的电网电压，
这是很有必要的。
对于恒定直流母线
电压，高功率因数可并有较宽的范围内保持输出电流电流
幅
度与逆变器的电压大小
Vinv
（少数占空比值）。
其次，逆变器输出电流的函数表示为逆变器输出电压和电网电压的相移，
lout = f
（二）
<
/p>
图
2c
中显示了一个放大围绕团结功率因
数的看法。
在这种情况下，就可以恢
复，只有
2
毫安价值很高的功率因数（
PF>
0.99
）可以得到和维持一个广泛电流
输
出电流范围。对于一个幅值
Vinv
（脉宽调制的例子模式）的注入电流进入到
< br>电网可以控制从
1.9A
至
15
.1
，变化仅仅是逆变器输出相电压（
Vinv
）。添加多一
个模式，输出电流范围
延长
2
倍至
33
倍。
Q
II
II
3.T
U
111 i?
A 22.2
搏中
2U S3
V
PfuiBB angles
圈
0 31
加
111 152
许
m
3U
油
在图
2d
，可以看到功率因数，输出电
流两项
Vinv
值。由于功率因素是，在
<
/p>
这种情况下，接近
1
,
< br>电流与并网的有功功率成比例。这个数字表明，广泛的权
力可以覆盖只有两个不同的调制指数，功率因数接近单位
电压为直流
375 V
:
逆变器输出电压
1
。例如，当直流母线
341.108V
,
调制比
0.910
和为
Vinv
369.958vma=
0.986,
功率因数接近单位
1
可以
注意到。
这一结果证实，逆变器输出电流取决于
Vinv
和
Vgrid
相位差，因此
建议控
制是
基于逆变器输出电流控制
功能该阶段的逆变器输出电压相对的转移电网电
压。
为了保证策略的有效性控制对逆变器输出电压相移为基础，
一方面，总谐波
失
< br>真谐波失真内容目前进入到电网注入必须报低超过
5
%
[2]
，另一方面功率因素
是在
一定范围内，这是很有必要的。
相位转移的使用，很少
DSPWM<
/p>
模式的使用提供一简单的数字控制，通过
优
化数字系统的规模和快速反应系统。
3
系统控制和操作
< br>图
3
显示了并网光伏系统配置，其中包括太阳能电池阵列
，直流
/
直流转换
器和
singlephase
逆变直流
/
交流。控制结构的并网光伏系统是由两个结构的控制：
1
MPPT
控制的写法，其主要属性
提取最大功率的光伏发电
2
该逆变器控制，主要目标有：
控制活动注入了网格
；
控制和调节无功功率
；
控制
直流母线电压
；
确保咼品质注入动力
；
电网同步
3.1
最大功率跟踪控制
直流
/
直流转换器是用来提高光伏阵列电压在适当
水平的基础上，市电电压
大小，而在
DC -
DC
转换器控制器的设计运作，最大功率点跟踪器（最大功率
追踪）的增加经济可行性的光伏系统。一个种类繁多的
MPP<
/p>
跟踪算法存在
[5,6]
:
查
表，扰动和观察（
P
&
O
公司），增量电导等
对于最大功率跟踪控制器，扰动和
-
观察方法由于其
采用结构简单的事实，
它需要较少的测量
参数。这一战略的
实施是在迅
速变化
的光伏电源
系统
gridc onn
ected
太阳辐射下运作，只用一个变量：光伏输出电流，
IPV
。
恒压的方法是通过保持电压在光伏终端始终保持密切的
MPP
的点。在图
4
,
一对光伏电流和电压特性的例子太阳照射的单元，提出了不同的幅值。
MPP
的观察点，就可以看到，电压值变化不大，
即使太阳的强度辐照遭受
巨大变化。在这个结果的控制功率通
量的光伏并网只有一个变量的控制测量，
目
前的光伏电池。随着拟议制度控制
器，目前的最佳工具可以通过命令实现所需的
功
能。
3.2
逆变器控制
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