[01307603]分布式光伏并网发电与电网无功控制一体化装置及其并网优化控制系统

本项目为河南省省院科技合作项目，项目编号：092106000035。

本项目研发的分布式光伏并网发电与电网无功控制一体化装置及其并网优化控制系统，能够根据当地供电与用电情况实现并网有功与无功的优化控制。

当光伏电池输出能量时，逆变器将直流电变换成交流电输送到电网上，同时有选择地对电网进行无功补偿。

当光伏电池停止输出时，逆变器单独对电网进行无功补偿。

这就实现了一套装置的多功能使用，既改善了电网的电能质量又提高了整个系统的利用率。

而且，无功补偿功能不受光伏输出能力的影响。

同时，由于系统始终并在电网上保持工作状态，光伏电池输出能量能随时变送出去，这就省去了重复的并列与解列动作，实现了光伏系统的柔性并网，具有重大的实际应用价值。

本项目的研究内容主要包括： ①以发电状态、用电负荷情况为变量的非线性时变并网发电与电网无功控制系统的优化控制算法;

②并网逆变器与电网之间的影响，包含电网相位检测与同步、孤岛检测、与分布式电网的有功功率与无功功率的解耦控制以及柔性并网技术;

③三电平逆变器主电路及控制电路的设计，包含PWM驱动电路、直流侧电压电流检测电路、电网电压锁相环电路、逆变器输出电流检测电路;

④最大功率跟踪（MPPT）系统，它使太阳能电池功率输出最大化。在系统优化控制上，采用有功负荷与无功负荷预测优化控制算法，优化过程是反复在线进行的，在模型失配、时变、干扰等引起不确定性时能够及时弥补，这种优化策略，兼顾了理想优化和实际存在的不确定性的影响，在复杂的工业环境中，比建立在理想条件下的最优控制更加实际有效。

光伏并网控制及无功补偿方面，借鉴了交流异步电动机中的矢量控制和直接转矩控制的基本思想。进行无功补偿时根据瞬时无功功率理论，将 三相系统电压、电流转换为旋转的dq坐标系上的矢量，从而实现对逆变器输出电流的有功和无功分量的解耦控制。

通过适当的调节逆变电路交流侧输出电压的相位和幅值，实现动态调节逆变器输出的有功电流和无功电流的大小和方向。

逆变部分采用了三电平拓扑结构，虽然控制相对比较复杂，但是可以用较低开关频率得到符合要求的波形，可以提高装置效率与减小滤板器件。

最大功率跟踪硬件部分采用Boost升压电路，把太阳能电池的电压稳定在600V左右（由太阳能电池板的数量与管理系统来设置），最大功率跟踪软件算法采用扰动观察法，这种电路结构与方法是目前光伏并网设备中普遍采用且比较成熟的方法。