恒流控制器的设计和实现光伏太阳能与网格集成

A.Nithyanand¹,D.Anitha¹,年代。Arul普拉卡什¹C。Naveen库马尔¹

SRM大学印度钦奈

文摘

本文处理的设计恒流控制器光伏(PV)发电机与电网的集成。随着光伏系统使用太阳能作为电能生产的可再生能源之一,作为一个潜力巨大。光伏系统所产生的直流电压受到直流-直流转换器。翻译最大功率点跟踪(MPPT)用来跟踪光伏系统的最大功率。公用电网互联的光伏太阳能发电机通过三相PWM直粱逆变器的控制是由一个恒流控制器。这个控制器使用三个锁phase-Phase环路锁(锁相环)电网频率和相位。低通滤波器用于消除高频脉动输出;似乎是有效的在提供加载恒压阶段跳。完整的数学模型网格连接光伏系统开发,并使用MATLAB模拟。结果证明该系统是精通提供本地负载

关键字

光伏太阳能发电机,直流-直流提升转换器,PWM逆变器,锁相环路(锁相环),恒流控制器(CCC)。

我的介绍。

不断增加的环境清洁的电能需要分散可再生能源生产。增加能源消费可能过载网格分布以及电站和可能造成的负面影响对权力的可用性、安全性和质量。克服这个问题唯一的解决办法是将公用电网与可再生能源系统,如太阳能、风能和水力发电。grid1可以连接到可再生能源系统的可用性的可再生能源。最近,太阳能发电系统越来越关注,因为太阳能十分可用,更高效和环境友好等传统的发电系统相比化石燃料,煤炭和核能。光伏系统仍然是非常昂贵的,因为制造成本较高的光伏电池板,但驱使他们的能量——来自太阳的光线是免费的,可用几乎无处不在,仍存在了数百万年,甚至可能会耗尽所有不可再生能源。光伏技术的主要优势之一就是它没有移动部件。因此,光伏系统是非常健壮的,它有一个长寿命和低维护的需求。,最重要的是,它是一个解决方案,提供环保发电。光伏系统的缺点是它只能在晴天供给负载。 Therefore, for improving the performance and supplying the power in all day, it is necessary to hybrid the PV system into another power generation systems or to integrate with the utility grid.

公用电网的光伏系统集成需要的PWM电压源变换器接口公用电网和结果一些接口问题。一个原型电流控制功率调节系统已经开发和测试。此原型来源20千瓦电力的光伏阵列最大功率点跟踪控制。该系统的缺点是需要高带宽的电流测量传感器(dc =几次开关频率),和参考信号的相对精度高的一代。因此,这就增加了系统的成本。光伏系统逆变器适合中央逆变器,逆变器,模块集成或面向模块的逆变器,光伏逆变器多字符串与新趋势[1]中描述。如果这些太阳能逆变器与电网相连,这些逆变器的控制可以使用锁相环路提供[2]。的需要和利益分配技术提出了[3]。Singlephase网格连接光伏逆变器与控制被描述其优点和缺点。三相光伏功率调节系统与线路连接已经提出的线电压扰动检测使用一个快速传感技术。 The control of the system is provided through the microcontroller [4, 5]. Power electronic systems can also be used for controlling the solar inverter for interfacing the Solar Power Generation system with the grid [6]. The complete design and modeling of the grid connected PV system has been developed to supply the local loads [7].

本文提出了网格连接光伏系统的建模与恒流控制器(CCC),控制连接电网的太阳能逆变器。直流电压的电压电平光伏阵列产生的增加使用boost变换器应用于三相,2 _level太阳能逆变器。太阳能逆变器的控制是通过提供恒流控制器。本控制器采用锁相环(PLL)和PI控制器。锁相环是用于跟踪电网电压的相角。选择PI控制器增益,CCC太阳能逆变器根据网格生成脉冲电压。

二世。系统描述

图1显示了网格集成光伏系统的配置。光伏阵列是串联和并联连接光伏模块的组合。每个光伏模块系列连接光伏电池根据电压要求。翻译的MPPT方法适用于运营的光伏阵列最大功率点。翻译生成的Vref MPPT的光伏阵列所需的直流电压并与实际的光伏阵列的电压。PI控制器的误差信号处理误差最小化。控制信号与三角波形SW1获得的脉冲切换开关。这样的安排控制责任比例不同的翻译,根据MPPT的负载。boost变换器加大光伏阵列的电压水平。2级逆变器是反相直流电压600 V到415 V正弦交流信号。恒流控制器提供逆变器开关脉冲。 This controller senses the phase angle of the grid voltage and generates the switching pulses such that the inverter can output the voltage with the same frequency of the grid voltage. If there is phase distortion in the grid voltage, this controller is able to track the distorted phase and controls the inverter to give the same output. The harmonics generated by the inverter is reduced by the 3-phase LC filter. For integrating the PV system into the grid the voltage level should be same. Hence the 100kVA, 415/25 kV transformer is used.

120 kV、2500 MVA效用网格与太阳能系统集成。改变了电网电压水平从120千伏到25 kV降压器。30兆瓦,2-MVAr负载连接在电网端。14公里距离的2兆瓦连接的电阻负载。在5公里的距离太阳系已经连接。接地变压器用于防止错。故障电流接地的接地电阻RG。

三世。系统的设计细节

答:光伏阵列的造型

太阳能电池是媒介将太阳能转化为电能。这些细胞是由半导体材料,当太阳吸收这些材料电子束发射和释放电流,从而产生电力。获得vi的等效电路,导出PV电池的特点是图2所示。

从光伏获得等效电路电流表达式

参数(Iph Rs, Rsh和N)随温度和辐照度。根据方程(1)光伏电池模型模拟仿真软件有两个子系统。一个子系统计算光伏电池的光电流(Iph)取决于辐照和温度。另一个子系统计算二极管反向饱和电流(是)不同立方温度的函数。Iph方程表示为

isci电池短路电流,Ki = 0.0017 /一个¢¦C温度系数,β是太阳辐照(W / m2)。根据方程(2),二极管反向饱和电流变化作为一个立方温度的函数,它可以表示为

伊希斯的二极管反向饱和电流,Tnom是名义上的温度,如半导体的带隙能量和Vt热电压是基于方程(3)仿真软件模型。

光伏电池的输出获得非常小。所以,很多细胞在串联或并联连接,形成光伏模块。PV数学模型用于简化光伏模块由方程来表示

Ns系列细胞总数和Np并行连接细胞的数量。

b .提高变换器模型

光伏电池的输出电压是非常有限的,这是非常低的。串联和并联组合也不提供所需的输出。因此提高转换器是必要的,使低压光伏阵列使用。电容器也连接减少光伏阵列之间的高频谐波和提高转换器。图3显示了为提高变换器闭环控制器。

开关S1是在状态时,电感L1被指控从光伏阵列产生的电压(Vpv)和电容C1排放负荷。责任周期D((吨/ t)和t);boost变换器工作在CCM(连续导电模式)。当前提供的RC电路的输出是不连续的。这样一个大滤波电容器用于限制输出电压纹波。滤波电容器必须提供输出直流电流负载时,二极管处于关闭状态。提高变换器的控制是通过提供PWM信号。滤波器的输出的控制信号与参考电压。PI控制器试图最小化误差通过调整过程控制输入。那么相比的锯齿状波形生成PWM信号是美联储门IGBT开关信号。 The control circuit regulating the reference voltage Vdcref , which is calculated by the MPPT techniques. Thus the PV array can be controlled by controlling the duty ratio for operating at the maximum power point.

c . PWM逆变器

太阳能光伏逆变器是连接公用电网。它还将变量转换为直流输出的光伏(PV)太阳能电池板到实用频率交流电,可以输入一个商业电网。它是一个关键的组件在光伏系统及其控制应该是这样的,其输出可以接口公用电网的电压。

有两种基本控制模式网格连接逆变器。一个恒流控制,另一个是constant-power-control。在这个模型中,太阳能逆变器的控制是通过恒流控制器提供的使用三相(锁相环)。在恒流控制,逆变器输出电流调节到参考栅电流。图4显示了转换太阳能逆变器的模型。太阳能逆变器的视图切换模型图5显示了恒流控制器的详细框图生成太阳能逆变器的开关控制脉冲,输出电压应该能够界面网格。3-phase_的锁相环路的相角计算公用电网,也给出了频率变化的信息。根据效用栅极电压的相位角,恒流控制器建模,这样控制器能够产生太阳能逆变器的开关脉冲跟踪电网电压的相位。3-pahse电网电流Ig_abc转化成αβ变量使用克拉克变换。αβ变量转换为dq变量。 The current Id and Iq are compared with the Idref and Iqref for processing in the PI controller to minimize the errors. These signals are transformed into 3-_ signal using the inverse park’s transform and then compared with the triangular waveform for generating the PWM switching pulse for the solar inverter. The Vdc and Vdcref is the DC link voltage of the PV array and expected DC voltage of the PV array.

图5显示了恒流控制器的详细框图生成太阳能逆变器的开关控制脉冲,输出电压应该能够界面网格。3-phase_的锁相环路的相角计算公用电网,也给出了频率变化的信息。根据效用栅极电压的相位角,恒流控制器建模,这样控制器能够产生太阳能逆变器的开关脉冲跟踪电网电压的相位。三相电网电流Ig_abc转化成αβ变量使用克拉克变换。αβ变量转换为dq变量。当前Id和Idref智商比较和Iqref PI控制器处理的错误降到最低。这些信号被转换成3-pahse信号使用公园的逆变换,然后与三角波形生成太阳能逆变器的PWM开关脉冲。直流环节电压的直流和Vdcref光伏阵列和预期光伏阵列的直流电压。

翻译d MPPT(扰动和观察)

P&O方法是最常用的算法跟踪最大功率由于其结构简单和更少的必需的参数。这种方法发现光伏组件最大功率点通过反复扰动,观察和比较能力生成的光伏模块。它被广泛应用于太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪器的特性简单和方便。根据翻译的结构MPPT系统图6所示,必需的参数翻译power-feedback类型的MPPT算法只是光伏模块的电压和电流。图6所示终端电压和输出功率之间的关系是由光伏生成模块。它可以观察到,不管太阳辐照度和终端电压的大小的光伏模块,获得最大功率点条件dP / dV = 0时完成。斜率(dP / dV)计算的功率能连续输出电压和输出电流,可以表示如下,

e .电网互联模型

太阳能光伏逆变器是连接公用电网。它还将变量转换为直流输出的光伏(PV)太阳能电池板到实用频率交流电,可以输入一个商业电网。它是一个关键的组件在光伏系统及其控制应该是这样的,其输出可以接口公用电网的电压。收集的太阳能光伏太阳能电池板,用于输送到电网,必须条件,或加工使用,发电逆变器。这个逆变器位于太阳能阵列和电网之间的能量来自,,可能是一个大的独立的单位或可能小型逆变器的集合,每个物理上连接到单独的太阳能电池板。逆变器必须监控电网电压、波形和频率。网格监控的一个原因是如果是死亡或太远的名义规格,逆变器必须不传递任何太阳能。一个逆变器连接到一个故障电力线路会自动断开符合安全规则。

四、结果与讨论

本文仿真模型提出了一个120千伏、2500 MVA网格集成太阳能系统。图8.1显示了光伏阵列发电在不同太阳射线。100千瓦的光伏阵列提供最多1000 W / m2太阳辐照度。光伏阵列由66系列每个字符串连接模块和并行字符串。每个模块有96个光伏电池。图8.2显示了光伏阵列产生的电压321 V 1000 W / m2。0 pencircuit电压(Voc)和短路电流(Isc)的一个模块分别是64.2 V和5.96。一个模块的电压和电流在最大功率Vmp = 54.7 V和Imp = 5.58分别。vi和p - v曲线解释的行为中使用的光伏阵列模型。

boost变换器增加电压从PV自然电压(300 v直流在最大功率)到600 v直流电压。切换工作周期优化的闭环控制器使用PI控制器根据负载变化。交付的直流电流和电压的直流提升转换器图8.图所示。9三相电网电压的逆变器。

将建模的太阳能发电系统集成到公用电网有需要加大从415 v 25千伏的电压水平。有2 MW负荷使用5公里输电线路连接。图11显示了负载电流供应2 MW负荷。

V.CONCLUSION

在这个方法PV系统被认为是一个主要的资源。这个项目的详细建模网格连接光伏发电系统。直流-直流提升转换器是用来优化光伏阵列输出的闭环控制的直流总线电压是恒定的。2级三相逆变器将直流转换成正弦交流电压。太阳能逆变器的控制是通过提供恒流控制器。这个控制器跟踪阶段和使用阶段的公用电网电压的频率锁(锁相环)系统并生成太阳能逆变器的开关脉冲。使用这个控制器太阳能逆变器的输出电压和电网电压相位。因此,光伏系统可以集成到网格。后的脉冲将切换到逆变器和输出将会实现。同时分析控制器将适用于所有类型的线性和非线性负荷。

引用

m·加莱j . Myrzik t·斯普纳诉Agelidis“逆变器为单阶段电网连接光伏系统——概述”,IEEE第33届电力电子专家会议上,卷4,2002年6月汽车出行
Karimi-Ghartemani,部门。电工实习。第一版。Eng。,Mississippi State Univ., Starkville, MS, USA Mojiri, M ; Safaee, A; Walseth, J.A. ; Khajehoddin, S.A. ; Jain, P; Bakhshai, A “ A New Phase-Locked Loop System for Three-Phase Applications”. Ieee Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 3.
s . k .钟“网格连接三相锁相环电力转换系统”,IEE电力应用,卷。147年3号,第219 - 213页,2000年。
f . Blaabjerg r . Teodorescu m . Liserre a . v . Timbus”控制的概述为分布式发电系统和电网同步”,IEEE事务工业电子、53卷,5号,页1398 - 1409年,2006年。
f·s·卡亚尔:j . Pedersen Blaabjerg,“回顾单相电网连接逆变器光伏组件”,IEEE工业应用,Vol.41, 5号,9月/ 2005年10月。
杨陈和科越斯梅德利”三相Boost-Type发电逆变器“IEEE电力电子,23卷,没有。200年9月5日
Sangita R Nandurkar,迷你Rajeev”三相逆变器的设计与仿真网格连接光伏系统”程序的一次全国性会议,NCNTE - 2012年2月24 - 25日