一(yī / yì ／yí)、 引言

在(zài)交-直-交控制系統和(hé / huò)風能、太陽能等可再生能源控制系統中，可再生能源的(de)處理，一(yī / yì ／yí)般有超級電容貯能、電磁軸承飛輪貯能、純電阻消耗及回饋并網等方法。針對大(dà)功率再生能源系統來(lái)講，超級電容貯能具有投入成本大(dà)、維護費用高等缺點；電磁軸承飛輪貯能目前仍在(zài)實驗室階段，可能存在(zài)一(yī / yì ／yí)定技術難題；純電阻能耗制動結構簡單，運行可靠，操作方便，但發出(chū)的(de)能量全部轉化爲(wéi / wèi)電阻的(de)熱能消耗掉，所以(yǐ)效率非常低，在(zài)絕大(dà)多數可再生能源控制系統中是(shì)不(bù)适合應用的(de)；而(ér)可再生能源回饋并網系統既可以(yǐ)解決效率低的(de)問題，又可以(yǐ)減少投入成本，提高運行效率，屬于(yú)當今世界的(de)一(yī / yì ／yí)種“綠色”電力電子(zǐ)變換技術。國(guó)内許多高校和(hé / huò)研究所都把此當作研究熱點，查閱近幾年信息來(lái)看，其實在(zài)運行實際産品不(bù)多，大(dà)多數隻談到(dào)實驗樣機，且樣機中幾個(gè)關鍵參數與實際産品有較大(dà)差距。針對此問題，我們山東新風光電子(zǐ)科技發展有限公司投入大(dà)量人(rén)力、物力，用幾年的(de)時(shí)間研發出(chū)兆瓦級的(de)大(dà)功率可再生能源回饋并網裝置。

二、 系統控制原理

大(dà)電流再生能源回饋裝置的(de)單個(gè)單元主電路如圖1所示。主電路拓撲采用三電平電路，每一(yī / yì ／yí)相橋臂4個(gè)開關元件有三種正常的(de)開關模式。

以(yǐ)A相爲(wéi / wèi)例：Ug1和(hé / huò)Ug2導通時(shí)，A相輸出(chū)+U0/2；Ug2和(hé / huò)Ug3導通時(shí)，A相輸出(chū)零電平；Ug3和(hé / huò)Ug4導通時(shí)，A相輸出(chū)-U0/2。如果用Sa、Sb、Sc分别表示各橋臂的(de)開關狀态，每一(yī / yì ／yí)橋臂都有三種開關狀态，如表1所列。

當裝置功率大(dà)時(shí)，需要(yào / yāo)這(zhè)樣幾個(gè)主電路并聯，并聯時(shí)需考慮均流與環流及其相位問題，同時(shí)采用二極管鉗位的(de)三電平電路需考慮直流端電容中點電位不(bù)平衡問題，在(zài)軟件PWM波生成電路中尤其注重此點。

圖2是(shì)大(dà)功率再生能源回饋裝置的(de)控制方塊圖。整個(gè)裝置的(de)控制系統是(shì)電壓外環與電流内環的(de)雙閉環控制控制。在(zài)圖2中，1-系統母線給定值，2-電壓調節器，3-電流調節器，4-PWM信号生成部分，5-主功率器件電路，6-均流與環流抑制電路，7-交流電網，8-相電流檢測電路，9-相電壓檢測、同步信号生成及母線

電壓采集電路。首先裝置的(de)控制系統實時(shí)檢測系統母線，當高于(yú)某一(yī / yì ／yí)設定值時(shí)，系統投入工作，母線檢測值與母線設定值做差，其值輸入電壓調節器經過一(yī / yì ／yí)定控制運算，完成電壓外環的(de)控制功能，電壓調節器的(de)輸出(chū)便是(shì)電壓外環的(de)輸出(chū)信号，同時(shí)也(yě)是(shì)電流内環的(de)給定信号，其值與系統檢測到(dào)的(de)實時(shí)電流做差，再經過電流調節器的(de)控制運算，完成電流内環的(de)控制功能。此方塊的(de)輸出(chū)直接送給PWM信号生成部分，其生成的(de)PWM波送給主功率器件電路，最後多個(gè)主功率器件單元電路并聯，經過均流與環流抑制電路直接連到(dào)交流電網上(shàng)。整個(gè)大(dà)電流再生能源回饋裝置控制系統就(jiù)是(shì)這(zhè)樣電壓外環與電流内環相互作用的(de)雙閉環控制系統。
三、 系統技術特點

大(dà)功率可再生能源回饋并網裝置實現了(le／liǎo)網側電流正弦化，且能運行于(yú)單位功率因數，呈現出(chū)電流源特性，因而(ér)真正實現了(le／liǎo)電力電子(zǐ)的(de)“綠色”電能變換技術，控制系統技術特點簡述如下：
（一(yī / yì ／yí)）控制系統是(shì)電壓外環和(hé / huò)電流内環的(de)雙閉環控制系統。電壓外環是(shì)母線電壓檢測值與設定值，以(yǐ)及網側相電壓的(de)同步信号生成電路相互作用，經過電壓調節器輸出(chū)電流内環的(de)給定值。電流内環是(shì)整個(gè)控制系統的(de)核心，其實，整個(gè)控制系統從核心上(shàng)說(shuō)就(jiù)是(shì)網側電流的(de)控制，也(yě)就(jiù)是(shì)電流内環的(de)控制。
（二）控制系統網側呈電流源特性，容易做多單元并聯裝置，易于(yú)可再生能源回饋并網裝置大(dà)功率化，能大(dà)功率化需要(yào / yāo)解決許多實際問題。
（三）網側功率因數可調，可再生能源回饋并網裝置可以(yǐ)做到(dào)負單位功率因數運行。
（四）網側電流波形正弦化，電流總諧波（THD）遠小于(yú)5%。
（五）主電路采用三電平電路，從電路拓撲上(shàng)就(jiù)有利于(yú)減小網側電流諧波且輸入輸出(chū)電壓範圍廣。
（六）控制系統采用數字化控制，運用了(le／liǎo)現代控制理論與現代電力電子(zǐ)技術相結合，使裝置易于(yú)控制，容易掌握。
（七）具有直流接反、過流、短路、溫度以(yǐ)及網側電壓異常等保護功能。
（八）具有動态響應快，能在(zài)短時(shí)間内輸出(chū)大(dà)電流，整體效率高等優點。
四、實驗結果分析

我公司做的(de)大(dà)功率可再生能源回饋并網裝置經鐵道(dào)部産品質量監督檢驗中心檢驗證明：具有輸出(chū)功率大(dà)、網側電流波形好、整體效率高等特點。表2是(shì)功率因數、直流側輸入電壓、網側交流電流及整體效率的(de)簡表。

  表2  電壓、電流、效率、功率因數表

從表2中可以(yǐ)看出(chū)，随網側電流的(de)增大(dà)，其功率因數越來(lái)越接近于(yú)1，也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)其網側電流的(de)總諧波（THD）越來(lái)越小，其整體效率有減少的(de)趨勢。這(zhè)也(yě)符合現代電力電子(zǐ)器件的(de)特性，電流增大(dà)，器件的(de)損耗增加，整體效率也(yě)就(jiù)減少了(le／liǎo)。
表3是(shì)接表2的(de)網側各相電流的(de)諧波含量表。

表3各相電流諧波

                         
從表3中可以(yǐ)看出(chū)，随着大(dà)功率可再生能源回饋并網裝置網側輸出(chū)電流的(de)增大(dà)，其網側電流諧波是(shì)越來(lái)越小的(de)，在(zài)輸出(chū)網側電流265.4A以(yǐ)上(shàng)時(shí)，其各相電流總諧波（THD）遠小于(yú)5%，同時(shí)表3内容趨勢是(shì)與表2也(yě)是(shì)相符的(de)。
五、結論

我公司研制的(de)大(dà)功率可再生能源回饋并網裝置是(shì)一(yī / yì ／yí)種“綠色”電力電子(zǐ)變換控制系統，是(shì)電壓外環和(hé / huò)電流内環相互作用的(de)雙閉環控制系統，其網側功率因數高，波形正弦化，呈現電流環特性，容易做多單元并聯等特點，在(zài)城市軌道(dào)交通、靜止無功補償器、有源電力濾波器、統一(yī / yì ／yí)潮流控制器、超導儲能、高壓直流輸電以(yǐ)及電氣傳動、太陽能、風能等可再生能源的(de)并網發電等領域中應用。可以(yǐ)預言，在(zài)當今能源危機的(de)時(shí)代中，此項技術将越來(lái)越被同行業人(rén)士重視起來(lái)。