关键字 |
| 光伏组件，电源调节系统，电压模式控制，电平漂移正弦脉宽调制(FPGA)。 |
介绍 |
| 太阳能，目前已被证明是克服传统能源的缺点，如污染，化石燃料退化等，以满足负荷要求[1]的最佳替代品之一。除此之外，太阳能还具有高度模块化、寿命长、维护少、单位重量功率大、移动便携性强等优点。 |
| 太阳能光伏电池是太阳能光伏系统中将光能转化为电能的基本元件。几个光伏电池组合在一起形成太阳能光伏组件[2]。这将产生可变的直流输出电压与太阳辐射和温度的输入。在正常工作条件下，它在唯一的工作点工作，以产生最大的输出功率。使用功率调节系统中的最大功率跟踪器(maximum Power Point Tracker, MPPT)可以很容易地获得最大效率。功率调节系统(PCS)是电力电子系统的一部分，用于有效地管理电能，并从太阳能光伏组件[3]提供高质量的最大功率。Boost DC-DC变换器用于从可变低电平直流电源中获得所需的高电平直流输出电压。二极管箝位三电平逆变器用于获得高质量的三相交流电压，并从固定直流电压馈送三相负载。二极管箝位式三电平逆变器具有一些优点，如低THD，低dv/dt，低共模电压，高开关频率和高输入功率因数。 |
| 所提出的光伏系统包括使用FPGA的2级功率转换。第一阶段使用Boost转换器[4]将太阳能光伏组件/阵列获得的可变直流电压转换为固定直流电压。在功率转换的第二阶段，第一阶段的输出被馈送到三相，3电平二极管箝位逆变器。 |
| 在所提出的光伏系统中，100w太阳能光伏组件用于馈电闭环DC-DC Boost变换器，以驱动二极管箝位三电平逆变器。采用电压模式控制(VMC)技术对升压变换器进行了控制。3型误差放大器是为满足实际稳定裕度而设计的，用于Boost变换器的补偿器。本文利用数字控制器(FPGA)[5]实现了二级功率调节系统的控制。在0.8pf的三相感性负载下对所提出的光伏系统进行了仿真，观察到该系统的THD为1.73%。 |
拟议的光伏系统 |
| 我们知道太阳能光伏系统是光伏组件、功率调节元件和负载等几个元素的组合。 |
| 所提议的制度中所提出的主要内容将在下一章中详细说明。2级功率调节光伏系统的框图表示如图1所示。 |
A. PV电池: |
| 图3为我们展示了实际太阳能电池模型的简单等效电路。同样，PV电池的工作方法如图4所示。，电子和空穴穿过PN结形成电子-空穴对，根据太阳辐射和温度产生能量。 |
B.电源调节系统: |
| 电力调节系统是电力电子学的一个分支，用于有效地描述电能的管理，跟踪最大工作点，并提供良好的交流输出质量。 |
| 与线性开关稳压器相比，开关式功率变换器具有许多优点。电源调理元件应有现代精密的电子装置。由于光伏系统的成本相对于其他能源系统较高，为了满足光伏系统的优化成本，建议使用高效的功率调节元件。DC-DC转换器用于跟踪来自太阳能电池板的最大功率，并提高/降低来自光伏电池板的可用直流电压。MPPT技术最大限度地减少了耗电量，并有助于提取可用的最大功率。 |
C. DC- DC升压变换器: |
| DC- DC升压变换器将低电平直流电压转换为高电平直流电压。DC-DC Boost变换器通常工作在连续传导模式或不连续传导模式。在所提出的功率调节系统中，升压变换器以连续传导模式(CCM)工作，如图5所示。 |
| 在CCM中，功率可以通过两步过程从源传输到负载。当开关'S'打开时，电感存储能量，其等效电路如图6所示。当开关S关闭时，存储在电感器中的能量和供电能量通过二极管传输到负载，其等效电路如图7所示。通过电感的电压、通过电感的电流、通过二极管的电流和电容电流的等效波形如图8所示。 |
| 对于理想的DC-DC升压变换器，输入电压与负载电压之间的关系为 |
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| 为了从馈给逆变器的dc-dc升压变换器中获得所需的稳压输出电压，设计了双引线积分控制器以实现最小闭环稳定裕度。闭环反馈dc-dc升压变换器框图如图9所示。 |
| 脉宽调制器Tm将固定频率锯齿电压Vsaw与控制电压进行比较，产生所需的占空比d。DC-DC Boost变换器Tp(s)给出调制器产生的校正占空比对应的所需输出电压VMLI。在FPGA spartan-3 XS3C5000上设计并实现了产生控制电压Vo的双导联积分控制器。 |
D.二极管箝位三电平逆变器: |
| 三电平二极管箝位逆变器是电力调节系统中的一种器件，它将稳压直流电压转换为三相交流电压，驱动三相负载，如图10所示。为了将开关电压箝位到dc-dc转换器电压的一半水平，二极管被放置在mosfet的中性点和中点之间。从闭环升压DC-Dc变换器到达的电压通过使用串联并放置在升压变换器输出端子上的2 -电容被分成2个电压电平。两个电容器的中点作为中性点。 |
| 3级二极管钳位逆变器输出电压有三种状态:Vdc/2, 0，和-Vdc/2。为了得到vdc /2的电压等级，需要接通开关M1和m2;对于-Vdc/2，开关M3和M4需要接通;对于零级，M2和m3开关需要接通。当Ml和M2同时开启时，端子a和0点之间的电压为Vdc，即Vao = Vdc。在这种情况下，夹紧二极管平衡了M3和M4之间的电压共享，M3阻断了Cs1上的电压，M4阻断了Cs2上的电压。观察输出相电压Van是交流的，端子'a'和'0'之间的电压(Va0)是直流的，相电压Van和Va0之间的差是Cs2上的电压，即Vdc/2。 |
| 采用电平移正弦脉宽调制作为开环控制策略，对二极管箝位三电平逆变器进行控制。在该方案中，通过将载波开关频率的两个固定载波信号与线频率的参考正弦电压进行比较，可以生成每个相位mosfet的栅极脉冲。在FPGA上也采用了这种控制技术来产生门脉冲 |
结论 |
| 本文借助MATLAB仿真环境对新型光伏发电二级功率调节系统进行了完整的分析。在电感负载下，三电平二极管箝位逆变器的电流THD为0.8 pf，为1.34%。与传统的光伏系统相比，该系统所获得的价值是非常可观的。Boost变换器的FPGA系统实现，产生了高质量的脉冲，使该系统在三相交流负载下的应用更加有效。 |
数字一览 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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| 图11 |
图12 |
图13 |
图14 |
图15 |
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| 图16 |
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参考文献 |
- 米德尔布鲁克博士，“大转换比的无变压器dc - dc转换器”，IEEE Trans。电力电子，vol.3, no. 3。4，第484-488页，1988年10月。
- ZhihongBai;Zhongchao张;姚张;，“基于载波移相SPWM的广义三相多电平电流源逆变器”，电力电子专家会议，2007。PESC 2007。IEEE,卷,没有。,pp.2055-2060, 17-21 June 2007 doi: 10.1109/PESC.2007.4342322
- 罗德里格斯，j.s。Lai和F.Z.Peng，“多电平逆变器:拓扑，控制和应用的调查”，IEEE Trans。印第安纳州。电子。,vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002.
- S. Ali khajoddin, AlirezaBakhshai，和Praveen Jain，“级联多电平变换器在并网光伏系统中的应用”，IEEE加拿大电力会议，2007
- FredeBlaabjerg, Remus Teodorescu，陈哲，Marco Liserre，“可再生能源系统的功率转换器和控制”，IEEE杂志。
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