文摘
功率调节装置的原理提出了混合光伏/风力发电系统。提出电力调节器是基于电流源逆变器拓扑(CSI)。所有能源通过修改连接与直流母线整形电路。达到统一的公用电网功率因数,直流母线电流可以通过整形电路和正弦脉宽调制控制的方案。在这部作品中,舰载PWM方案提出了实用电流THD降到最低。该系统的额定功率可以增加通过连接更多的光伏/风力通过整形电路模块与其他模块并行。工作原理的详细信息,系统配置和设计注意事项。通过仿真,验证了提出的CSI的有效性的结果。
1。介绍
的稳步增加能源消耗传统能源如fossil-energy-based燃料替代能源产生了浓厚的兴趣。现在许多可再生能源开发和广泛使用。这些能源可以被集成,形成一个混合动力系统为分布式能源产品这是一个很好的选择。一般来说,混合动力系统有更好的潜力提供更高的质量和更可靠的电力比单一源系统。最近,太阳能和风能是最常用的可再生能源在混合动力系统中由于效率高和可靠性提供连续电力负载或公用电网。典型的混合发电系统如图1(一)。该系统包括能源、直流-直流转换器,直粱逆变器,公用电网。所有能源都与普通直粱并联逆变器通过个人的直流-直流转换器。
(一)
(b)
几个配置的混合光伏/风力发电系统,应用的各种静态转换器拓扑结构,提出了在文献[1,2]。以前方法的混合光伏/风力发电转换器主要是基于电压源逆变器拓扑(VSI)。的一个常用VSI混合光伏/风力如图1 (b)。在这种拓扑中,所有的能源都连接到一个共同的直流母线通过个人直流-直流转换器。直流-直流转换器负责跟踪最大功率的风力和太阳能资源在所有操作条件下。然后两个直流-直流转换器的输出连接到一个单相直粱逆变器。直流环节电压将由直粱与current-regulated PWM逆变器控制实现统一公用电网的功率因数。如今VSI已经收到了很多关注,但高切换开关设备在转换阶段的损失仍在此拓扑的一个主要缺点。为了克服这个问题,几个电力转换器基于电流源逆变器(CSI)拓扑已经开发出来3- - - - - -8]。与逆变器拓扑相比,CSI拓扑有能力提高输出电压转换器(没有额外的推动4,9]。因此,CSI是强烈建议并网系统直流输入电压的大小低于效用的峰值电压。此外,CSI一般变换器结构简单和可靠的短路保护特性。此外,CSI的应用程序混合光伏/风力发电系统没有被报道在前面的出版物。
本文提出一种改进混合可再生能源发电CSI提出了系统组成的光伏和风力。操作原理和系统配置的细节进行了讨论。仿真验证系统设置进行了不同场景下的性能提出的想法。
2。工作原理
2.1。概述提出系统的概念与直流母线电流共享技术
在本节中,提出的概述混合光伏/风力发电系统如图2可以介绍。该系统由两个恒流源和,两个电流整形电路(可以命名为直流-直流斩波器),发生电路和低通滤波器。两个恒流源与一个共同的直流母线并联通过自己的当前整形电路。波整形电路,操作在同一开关频率,用于执行PWM输出电流和在一个直流母线。为了供应公用电网有功功率,直流母线电流控制与实用相电压。因此,功率因数可以达到统一。展开电路用于产生一个单极脉冲宽度调制(PWM)电流通过设置一个PWM电流的方向在直流环节。在最后阶段,低通滤波器消除高频谐波组件连接在一个单相PWM电流在公用电网注入。
(一)
(b)
在图2 (b)的波形,,,在图的框图2(一个)所示。根据基尔霍夫电流定律(氯化钾),可以看出,PWM电流直流母线是输出电流的总和两个整形电路和,分别。因此,瞬时直流母线电流可以由。此外,的大小可以通过总结发现的大小和(),分别。因此,的大小可以独立控制两个恒流源和,分别。
2.2。电路配置和控制策略
图3(一个)显示的电路拓扑,提出了混合光伏发电CSI /风力发电。VSI的线路图不同于图1 (b)缺乏直流环节电容。该电路由两个整形电路,一个thyristor-based h桥逆变器,和低通滤波器。输入可再生能源,光伏和风力,是连接到一个常见的直流母线通过自己的整形电路。提出了系统控制方案如图3 (b)。
(一)
(b)
在逆变器的直流侧,直流窒息和需要提供平稳和持续的直流电流吗和,分别。斩波器开关和可以控制形状常数输入直流电流和PWM电流和分别在直流母线。达到统一的公用电网功率因数,该实用程序需要正弦和与实用相电压。因此,电压将纠正建立一个全波整流的正弦信号,在那里是一个绝对的利益。同时,最大功率点跟踪器翻译(MPPT)可以用于跟踪光伏和风能的最大力量乘以参考信号翻译的MPPT每个能量来源的参考和产生调制信号和,分别。翻译在光伏阵列MPPT算法确定最优操作点。最优电流测量值的计算和跟踪光伏电压和光伏电流。同样,对于风力涡轮机,提取的风力涡轮机和风速测量。的最佳点翻译可以提供的MPPT控制器。在这两种能源,和翻译的恒定增益MPPT光伏和风能控制器,分别。
获得直升机开关的控制信号和调制信号,和与三角形载波波形相比吗开关频率的。瞬时直流母线电流可以获得的总和吗和。同步的h桥逆变器的运作与公用电网提供单相PWM电流控制。讨论二阶导数过零电路用于生成h桥逆变器的控制信号。开关和打开的,积极的栅极电压的著重吗,而和打开在负半周。它可以观察到,逆变器电流通过直流母线电流展开。在最后阶段,和形式变弱的低通滤波器逆变器输出电流的高频分量。
PWM的原理方案提出了CSI如图4。提出了调制方案,两个调制波和是必需的。调制波都是相同的频率和与公用电网同步,但大小和是不同的。调制波和一个常见的三角载波比较,产生两个控制信号和对斩波开关和,分别。应该注意的是,逆变器电流的基频分量可以表示为如图4。
2.3。逆变器操作方式
为了了解操作提出了发电CSI的细节图3(一个)的等效电路如图5。这种电路可以分为两种构型,分别输入直流侧和输出AC-side。
为简化电路的分析在每个间隔,下列条件假设。(我)输入电压源和和直流窒息和可以考虑和建模为恒流源和,分别。(2)在直流侧输出电压可以认为是一个恒定的直流电压源。(3)的输入电流AC-side可以被认为是一个恒定的直流电流源。(IV)所有半导体开关在直流侧和AC-side操作开关频率()和电网的频率(),分别。
2.3.1。直流侧操作
一个开关周期,在直流侧转换器的操作可分为两个阶段。每个阶段的等效电路如图6及其关键波形图中描述4。假设为能源可以被定义为调制信号。直流侧的操作流程规定如下。
(一)
(b)
阶段1 ()。当、斩波器开关和,直升机二极管吗和输入直流电流,了吗和流过和,分别。当前的和不能流过二极管和,导致。根据氯化钾,直流母线电流可以被视为由二极管电流的总和和。也就是说,
第二阶段()。当、斩波器开关和直升机二极管,了吗和输入直流电流,对吗和流到负载和分别导致和。类似于第一个阶段,直流母线电流获得的是
直流母线电流对于所有阶段可以被重写的开关状态如下: 在哪里和斩波开关的开关状态吗和,分别。开关状态和如果(阶段1);否则0(第二阶段)。
2.3.2。AC-Side操作
在图7的等效电路AC-side。交流工具电压可以表达的,在那里是效用的峰值电压。这边的操作在开关周期中包含两个阶段。操作可以描述如下。
(一)
(b)
阶段1 ()。当、逆变器开关和都在,和,是输入直流电流吗流向电网和,分别。然后交流工具等于。
第二阶段()。逆变器开关和是,和,当。直流电流流向电网和分别导致效用等于。
因此,效用可以被定义为
应该注意的是,低通滤波器是不被认为是在这个分析。因此,PWM输出电流等于实用电流()。
2.4。PWM电流分析
脉宽调制方案的部分2。2谐波成分的分析,提出了CSI可以执行。PWM电流的数学表达式和通常可以表示如下(3]: 在哪里的数量th谐波分量;;和;和;和光伏和风力资源的调制指数,分别;和是调制信号的峰值光伏和风力资源吗和分别;三角载波波形的峰值。方程(5)是有效的和,分别。
直流母线电流可以找到的 因此,
根据(4逆变器输出电流可以通过操作展开的电路。因此,逆变器的输出电流可以表达的谐波组件
的条件下和逆变器输出电流的波形及其谐波含量(8可以如图)8。它可以观察到逆变器电流的波形接近单相PWM波形。我们可以考虑的条件和,当前简化如下: 从这个结果,PWM逆变器电流可以如图9(一个)。这个波形类似于单相PWM波形。图9 (b)显示逆变器电流的谐波频谱。可以看出,当前的谐波在开关频率的倍数,即,,等等。显著的谐波大小也出现在边带的开关频率和它的倍数。
(一)
(b)
(一)
(b)
2.5。舰载PWM方案
为了减少逆变器输出电流的谐波失真,可以提出一个舰载PWM方案。一般而言,这个方案可以分为两类:相移和level-shifted调节。在这篇文章中,相移调制只是研究和应用提出混合光伏/风力发电系统。通常情况下,混合光伏/风力系统可能是并行连接两个以上的能源。的能源要求三角载波信号。相移多载波调制,载波为每个模块和是相同的振幅和频率,但是有一个相移吗任何邻载波之间,由
提出了混合光伏/风力系统如图3(一个),有两种能源系统。调制信号和有相同的频率,但振幅不同翻译根据MPPT每个模块的信号。根据(10),相移每个载波之间和是180°。门信号和通过比较产生调制波和与载波和,分别。的原理提出了混合光伏/风力系统相移调制可以如图10。变频器的条件下运行和。逆变器PWM电流可以用傅里叶级数来表示(3] 逆变器输出电流波形基于相移多载波调制如图(11日),其频谱也见图11 (b)。操作条件,赫兹,kHz。逆变器电流谐波和显然的多个开关频率的两倍,也就是说,,,等等。很明显,当前当前波形是由五个步骤:,0,,官,导致进一步减少。
(一)
(b)
3所示。设计考虑
3.1。输入直流阻设计
大电感和用于逆变器的直流侧,使输入电压源吗和表现为恒定的直流电流源和。斩波开关打开时,电感电流上升,能源存储在电感器。如果开关是关闭的,能量存储在电感器转移到AC-side通过二极管和电感电流下降。设计这个电感的值,必须考虑电感储存能量。当开关打开,能量存储在电感器 在哪里扼流电感,在直流侧平均输入功率,切换期间,开机时间,平均输入电流。扼流电感可以表示为 在哪里转换效率,平均输出功率AC-side,开关频率。
3.2。输出低通滤波器设计
为了减少高频PWM输出电流谐波并网逆变器的低通滤波器是必要的。无源低通滤波器通常用作,,,过滤器。在本文中,一个简单的选择低通滤波器。本文详细分析不考虑。后的设计过程10),电感器和电容器可以通过以下方程: 在哪里栅极电压的振幅吗。
4所示。结果与讨论
来验证提出了混合光伏发电CSI /风系统用一个简单的current-sharing技术,仿真设置与PSIM设计和实施。的翻译,应该注意的是,MPPT操作光伏和风能不研究。电路参数如表所示1。光伏和风力能源和和输入直流窒息和由直流电流源建模和,分别。
图12证实了脉宽调制策略的原则提出CSI操作的情况下和。门中所有开关信号CSI,,,,,也显示在图吗12。数据13,14和15显示的模拟波形提出了CSI,操作在不同的条件下,(a)和;(b)和;(c)和。以下可以观察到。(一)这两种不同的电流和可以组合在一起以产生电流在一个直流母线。(b)的振幅可以由。的大小和可以独立控制每个能源的输出功率。(c)展开电路有两个互补开关双(,和,)切换线频率50赫兹。单相PWM电流是由直流母线电流展开。(d)栅极电流的波形官正接近正弦较低。低的谐波失真是由于高阶谐波的消除内容的过滤效果低通滤波器。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
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(b)
(c)
(d)
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(c)
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(b)
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图16显示了拟议的CSI的模拟波形,操作开关频率更高。它可以观察到,该变换器能生产顺利交流电流较低的公用电网谐波组件。的波形提出了混合光伏/风力发电CSI与相移多载波调制系统在图所示17。它可以指出,逆变器输出电流波形形成与五当前水平。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
在高功率应用中,输出额定功率的增加混合光伏/风力发电系统是必需的。它可以通过连接多个光伏/风力模块与其他模块并行通过自己的公共直流母线直流-直流斩波器。multimodules光伏/风力系统的配置与所有模块并行连接如图18。的波形转换器可以如图19。
(一)
(b)
(c)
(d)
5。结论
一个混合光伏发电逆变器/风力发电系统提出了。该逆变器是基于电流源逆变器拓扑(CSI)。了许多问题,包括简单的当前共享技术,逆变器配置,操作原理、PWM策略技术,PWM电流分析和设计考虑。本文的重点是在新的电源转换器的方案,操作分析讨论细节。该逆变器的能力是通过计算机模拟在不同操作条件下。证实了提出的CSI的性能仿真结果。
确认
这项工作是由泰国支持部分研究基金会(基金会)通过皇家金禧博士项目批准号下博士/ 0166/2550,法国政府对RGJ-Ph的贡献。D程序,能源政策和规划办公室(植保),能源,泰国。这项工作还支持由国家研究大学(NRU)项目从泰国高等教育委员会办公室。