三相并网光伏系统具有无功功率补偿功能的逆变器外文翻译资料

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三相并网光伏系统具有无功功率补偿功能的逆变器

Arellanes A.，Rodriguez E.，Orosco R. Celaya电子工程技术学院 塞拉亚，瓜纳华托，墨西哥。 alberto140621@gmail.com， elias.rodriguez@itcelaya.edu.mx

Perez J.，Beristain J. 电气和电子工程系lnstituto Tecnol6gico de Sonora Ciudad Obreg6n，索诺拉，墨西哥 javier.perezr@itson.edu.mx， jaberistain@itson.edu.mx

摘 要

在这一时刻，不同的替代方案存在于自然资源使用中产生电力。其中最受欢迎的选择之一是利用光伏（PV）电池和电力电子转换器的太阳能。 这两个元素构成了光伏系统 （SFV）。虽然今天，你可以找到许多不同的转换器拓扑结构，但有必要寻找替代品，以提供所有可能的优势，以便更好地利用太阳能资源。 本文提出构建原型的拓扑已被称为三相全桥逆变器（30），以执行不仅有功功率（P），而且还具有注 入和/或吸收无功功率（Q ），通过适当的控制方案。

关键词：分布式发电（GD），电压源逆变器（IFV），光伏系统（SFV），VAR的静态补偿器（STATCOM）

I. 介绍

在墨西哥整合可再生能源的背景下，特别是光伏系统（SFV）近年来变得非常重要。 根据文献[1]，全球99％的 SFV目前与电网相连。对于互连，一个或多个电流转换器（cd / cd或eel / ca） 与一个或多个PV电池板串联使用。 根据[2]中可以传输到网络的有功功率（P）和安装的逆变器类型，可以对SFV进行分类。分类如表1所示。

表 1 SFV分类

正如文献[3]所述，微型逆变器仅连接到单个PV电池板，因此它们需要通过cd / cd级升高直流电压，直到达到逆变 器所需的水平。由于这个升压级，微逆变器的效率较低与其他人相比。典型的SFV通常由图1所示的阶段组成。

图1.典型的SFV方案。 其中：A）微型逆变器，B）链条，C）多链条， I）面板阵列，II）升降和调节，III）ca的转换以及与电网的互连。

但这可以通过对最大功率传输点（MPPT，英文首字母缩略词）的良好跟踪进行补偿。 值得一提的是，太阳能转化为电力所增加的功率越多，损失越多[3]。

另一方面，在链式逆变器中，MPPT的容量低于微型逆变 器，它们在传输功率时具有更高的效率，它们更鲁棒，输出电流更高，并且更经济。由于其成本相对较低，因此在住宅层面更常用[3]。 根据[4]，它可以给予一个逆变器10能够同时传输功率PasQ，根据控制的设计。但是在[4]中，它表明在将PV面板连接到实现的逆变器时存在问题。 由于cd总线上的大卷曲，需要连接到总线的大电容器。另外，在[5]中增加了该功能 也作为整流器运行并校正功率因数（FP）。

然而，随着功率需求P的增加，它被设法从模型10移动到模型30.在[6]和[7]中，显示了两个类似的SFV，它们中的每一个都具有cd / cd升降转换器30连接到完整桥30的cd总 线。其用于P的传送和FP的校正。

在这篇文章中，建议消除cd / cd升降机转换器的步骤，如[8]中那样，只有通过模拟获得的结果可用。太阳能电 池板阵列（链中）的cd总线将通过一个cd / ca转换器连接到电网。通过这种方式，电力传输将被执行保持FP的补偿，无论你是否拥有太阳能资源。 原型将在仿真中验证作为实验。

II. 建议拓扑

所提出的拓扑结构如图2所示，由一个三相全桥逆变器（30）组成，其中cd / cd提升阶段已被消除。 为了消除由最终表现在直流总线上的晶体管的开关引起的影响，已经将电容器并联到PV电池板的级联阵列上。

图2. 三相逆变器连接到太阳能电池板和电网

完整的电桥30由6个晶体管（Qi，Q2，Q3，Q4，Q5，Q5）组成，通过脉冲宽度正弦调制（SPWM）技术[9]来实现。本身，这种调制能够降低流向负载的电流中出现的总谐波失真（THD）[10]。因此，通过应用位于逆变器30的交流 输出和公共连接点（PCC）之间的一阶滤波器，缓解高频心律失常，如[11]和[12）。 在图3中，给出了所使用的SPWM 调制的一般方案。通过SPWM调制，可以控制输出电压的幅 度。

图3. SPWM调制

通过电感滤波器Lt实现与电网的互连，其具有各自的寄生电阻Rt，其允许逆变器30的电流向网络平滑。

根据我们希望传输的最大无功功率（Qmax），这个Lt通 过等式（1）在[9]中被确定尺寸，而不考虑Rt。

（1）

其中Vp是相位和中性线之间的峰值电压，w是网络旋转范 围内的标称频率（w = 2IIJ）。

A. 建议的控制

提出了一个完整的双回路控制，它应该能够执行功率P传输到电网，同时通过吸收或传输无功功率（Q）来补偿FP。电网和变流器之间的P和Q流分别用表达式（2）和（3）描述，如[6]中所示，并且将在所提出的控制技术中使用。

（2）

（3）

其中Vm是基波信号相位之间的逆变器30的峰值电压，alpha; 是电网与逆变器30之间的相位角，n对应于相位a，b。

借助于图4来表示控制方案，其中由三个相a，b和c共享的外部回路负责通过传输在逆变器的DC总线上保持恒定的电压。或功率吸收P。

将直流母线上的电压分档以与所需参考电压Vcd进行比较。 在此之后，有一个积分器（[frac14;]）输出三个信号 控制。每个余弦（[cosine_a]，[cosine_b]和[cosine_c]）通过参考电力系统（SE），通过每个阶段a，b和c中的电压 传感器产生，通过一个相位固定环（PLL）。

内部回路负责控制要注入的电流，这对应于功率Q的传输或吸收以及P的注入，将信号类型正弦（[sine_a]， [sine_b）和[sine_c]）附加到信号控制。在控制结束时，根据调制器[10]的要求，信号的大小应始终在0到1之间。

图4.来自比例积分类型控制的控制建议双循环

III. 仿真结果

为了确定图2中提出的原型的性能，在PSIM仿真软件中开发了类似的模型，参见表II。

表II 模拟参数

图5中的仿真结果显示了控制如何完美地遵循给定的不同 cd参考电压。由于卷曲太小而变得可以忽略不计，因此可以将直流电压置于模块的MP点，从而提取所有能源可用[13]

图5.提供给MP的cd总线上的参考电压

表III中提到了考虑的模拟案例，其中介绍了投资者可用的不同操作模式30。

表三 投资者不同投资组合的调整30

A . 注射P

在图6中，我们有一个功率注入样本P = 1 KW和Q = 0 VAR，在那里我们可以看到一点卷曲。

B.注射或吸收Q

在图7中，在1KVAR处有功率注入Q，并且P = OW。

在图8中，我们有1 KVAR的功率吸收Q和P = 0 W。

图8.逆变器30吸收的无功功率

所显示的仿真表明，您有能力控制功率流量Q，从而改变无功功率参考。

C . 权力P和Q

除了仅吸收或注入试剂之外，还可以选择注入功率P。在图9中，显示了有功功率注入P和电容试剂，这意味着在PCC 中存在FP提前。

图9.提前注入P和Q的权力

图10给出了有功功率注入P，但与上图相反，试剂是电感性的。因此，现在你有一个拖欠的FP。

图10.延迟中注入功率P和Q

管理能流Q的方向的能力不仅允许提前或延迟FP，而且还可以同时注入有功功率。 为使用所产生的电力提供更多的通用性

D. 谐波当前内容

从快速傅里叶变换（FFf，英文首字母缩略词）[14]得到的图11频率谱中，可以说注入电网的电流具有低谐波含量。

图11.由逆变器提供的电流30的FFI#39;（THO = 0.1%).

IV. 实验结果

在索诺拉科技研究所（ITSON）的设施内，电力电子应用研究实验室（LIAPEP）对实验样机进行了测试。下表显示了所用面板的功能和原型组件的参数。

表四 已安装的SFV的技术规格

在图12中，参考电压显示在LIAPEP内部的PCC中，其中除了已经存在电流的中性点之外还可以看到相位a，b和c，这是由于存在于电网的不同点。

图12. PCC中可用的电压30

A. 注射和吸收 Q.

通过控制回路，功率流Q方向的变化是在两个方向上进行的。在图13中，逆变器吸收了一个Q功率30.拖欠的PF（FP）被

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