光伏并网逆变器控制策略的研究

科技资讯2017 NO.30SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程

45 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.30.045光伏并网逆变器的仿真及控制策略分析①李崇基（广州供电局有限公司从化供电局 广东广州 510900）摘 要:本文分析了光伏并网系统的拓扑结构，阐述了光伏电池并网的控制策略，介绍了常用的两种最大功率追踪的控制算法。在此基础上，在PSCAD软件上建立了基于两级式非隔离型光伏并网系统的仿真模型，得出相应的仿真结果，并对所建仿真模型的控制策略进行了分析。关键词:光伏并网 逆变器 仿真中图分类号:TM72 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)10(c)-0045-021 光伏逆变并网的控制策略1.1 拓扑结构分析光伏阵列发出的直流电经过逆变器，实现直流电到交流电的变化，进而将电能输送到电网中。对于并网逆变器而言，典型的并网策略是通过对逆变器的输出电流矢量的控制实现并网及网侧有功、无功的控制。并网逆变器并网基本控制策略可以概括为：首先根据并网控制给定的有功、无功功率的指令以及电网电压矢量，计算出所需的输出电流矢量I*，再由Ui=UL+E，并考虑LUjLIω，即可计算出并网逆变器交流侧输出的电压矢量指令Ui*，即*iUjLIEω；最后通过SPWM或者SVPWM控制使并网逆变器交流侧按指令输出所需电压矢量，以此进行逆变器并网电流的控制。常见并网控制策略有基于电压定向的控制策略和基于虚拟磁链定向的控制策略。1.2 逆变器控制方法通常情况下,采用电流内环,电压外环控制方法。逆变器内环电流控制环节在同步旋转dq坐标下,逆变器输出电流的dq轴分量id、iq，分别与电流内环的电流参考值refdi_，refqi_进行比较，并通过相应的PI调节器控制输出对应的调制比Pmd、Pmq，最终实现对id、iq的无静差控制。逆变器外环控制与其控制目标和参考坐标相关，逆变器通过外环控制输出相应的refdi_、refqi_。1.3 利用电导增量法进行最大功率追踪光伏发电的最大功率追踪(MPPT)算法有电导增量法和扰动观测法，其中，电导增量法从光伏电池输出功率随输出电压变化率而变化的规律出发，推导出的系统工作点位于最大功率点时的电导和电导变化率之间的关系。由光伏电池的P-U的特性曲线及dP/dU变化特征，可以知道在光照强度一定的情况下仅存在一个最大功率点，且在最大功率点的两边dP/dU符号相异，而在最大功率点出dP/dU=0。光伏电池的瞬时输出功率为：P=UI。两端对电压求导得:ddddPIIUUU (1)观察P-V曲线，当功率达到最大时dP/dU=0。此时，dP/dU=-I/U。由此可以得出:当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，系统处于最大功率点。因此,用ΔI/ΔU近似代替dI/dU,则电导增量法进行最大功率追踪的判断依据是：VVIIUU＞-,最大功率点左边VVIIUU=-, 最大功率点 (2)VVIIUU＜-,最大功率点右边2 光伏并网逆变器的仿真模型2.1 仿真模型建立根据两级非隔离型光伏并网系统的拓扑结构，可在PSCAD中建立如下仿真模型。根据仿真设定，光伏电池板的输入参数为光照强度和温度，ins为光照强度输入量，tmp为温度数值，经光伏效应将太阳辐射能转换成电能输出。光伏电池板输出的电压经BOST升压电路将电压抬高，然后通过一个DC/AC并网逆变器与电网并联。在光伏电池的出口侧串联一个二极管，防止反向电流流入光伏电池。其中，Eda为光伏电池输出电压，Eout为Bost升压电路输出电压。主电路的仿真参数设置为：LC滤波电路，电感L=0.001H，电容C=500μF；Bost升压电路中的储能元件，电感L=0.02H，电容C=1.0m。2.2 控制策略分析为了实现PQ解耦控制，将abc三相的交流电气量转换成dq0坐标系下的直流量，同时由锁相环跟踪电网频率，为dq变换提供参考频率。电网电压u经dq变换得ud=um，uq=0，则旋转坐标系下功率可表示为：P=udid,dqQui−。因此，对功率的控制可以转换为对电流的控制，其中有功功率由d轴电流控制，无功功率由q轴电流控制。由式(1)计算得到d轴和q轴的参考电流值作为电流环的输入，电流控制环中包含电流状态反馈以及电网电压前馈补偿两项。输出的dq轴电压经过反变换后得到正弦调制信号，再通过SPWM控制三相逆变桥开断，从而得到与电网同频同相的电压信号，将其并入电网。①作者简介：李崇基(1977—),男，汉族，广东从化人,本科,工程师,研究方向:配电自动化、配网运行与规划。Copyright©博看网 . All Rights Reserved.科技资讯2017 NO.30SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程

第５期　２０１３年９月　电　源　学　报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　ＮＯ．５　Ｓｅｐ．２０１３　

一种光伏并网逆变器的混合控制策略研究　

张震，王久和，马先芹　

（北京信息科技大学自动化学院，北京１００１９２）　

摘要：光伏并网逆变器模型是一个非线性强耦合的系统．光伏电池输出电压受外界光照强度、环境温度等因素　

的影响。针对以上特点，提出了采用自抗扰控制（ＡＤＲＣ）技术和无源控制（ＰＢＣ）理论相结合的光伏并网逆变器双闭　

环混合控制策略。电压外环采用自抗扰技术来保持直流侧电压的稳定并与采用ＰＩ控制进行了比较：电流内环采用　

无源控制理论对并网侧电流进行ｄｑ轴解耦，实现对有功电流和无功电流的分别控制并可使系统具有优良的静、动　

性能。Ｍａｄａｂ￣／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真和实验结果表明，所设计的系统具有良好的鲁棒性和动态性能，所设计的逆变器控制策　

略是可行的　

关键词：光伏并网；逆变器；自抗扰控制；无源控制；解耦　

中图分类号：ＴＭ４６４　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９５一－２８０５（２０１３）０５一Ｏ０６２—０７　

引言　

光伏并网逆变器控制策略的好坏直接影响并　

网电能质量的好坏。单级式光伏并网逆变器控制一　

般有两个基本控制要求：一要保持直流侧电压稳　

定；二要实现并网电流控制（网侧单位功率因数正　

弦波电流控制）Ⅲ。逆变器控制策略多采用双闭环控　

制控制策略ｌ２－６１，文献『２，４１电压外环采用ＰＩ控制策　

略。由于并网逆变器直流侧电压受环境和光照强度　

的影响，直流侧电压存在超调、响应时间慢。文献　

『５，６】提出了电压外环采用自抗扰技术的控制策略，　

由于采用二阶自抗扰模型，可调参数多，难以实现；　

电流内环采用ＰＩ反馈解耦，虽然也能实现解耦．由　

于前反馈本身是一种削弱耦合的补偿控制并且解　

耦的性能取决于系统参数，无法实现真正的解耦ｌ１】。　

文献『７，８１采用无源控制理论对对逆变器进行解耦　

控制。根据光伏并网逆变器的内部互连结构和耗散　

- .

. word.zl. 并网逆变器控制策略研究

帅

(理工大学电气与电子工程学院， 255091)

摘要：并网逆变器的控制策略是实现有效并网的关键。本文介绍了根本的调制技术与电压相位检测技术,为后续控制策略的展开打下了根底。接下来,对目前主流的几种环控制策略进展了分析,并选择基于网侧电压定向的直接电流控制策略进展了设计。

关键词：并网逆变器控制策略调制检测技术环控制

中图分类号：TK81 文献标识码：A

在三相并网逆变器控制系统中,并网的电流必须是与电网电压同频同相的正弦波电流,另外直流侧母线电压的稳定也非常重要。并网逆变器的控制通常采用双闭环的控制方案。外环采用直流母线电压环,以控制母线电压的稳定；环常采用的有两种控制方案,一种是电流环闭环,另外一种是采用直接功率控制,环的作用主要是跟踪外环输出的指令信号,如实现电流的正弦控制或者系统的有功功率无功功率的控制。环控制动态性能的好坏对外环有着直接影响,因此控制系统的环设计非常关键。

环采用的两种主要控制方案中,电流环控制技术又分为间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制不需要采取电流信号,控制构造相对简单,但是对系统的参数很敏感,不利于滤波参数的设计,系统的动态性能较差,此种控制方式主要用在动态响应要求不高的场合。直接电流控制以实际电流采样作为反应量,系统的动态性能很高,便于系统参数的设计,但是控制算法相对复杂。环的另外一种控制方案是采用直接功率控制,系统的有功和无功实现了解耦控制,由瞬时无功功率理论,系统的有功分量和无功分量可以在两相静态坐标系下得到,也使坐标变换得以简化,系统的动态响应快。

光伏并网逆变器控制策略与研究

摘要】：能源危机和环境问题是世界各国普遍关注的话题，开发和利用可再生能源在各国能源战略中的地位越来越高。随着科学技术的发展，光伏发电已经成为一种解决未来能源短缺及环境污染的主要方式。本文介绍了光伏并网逆变器的拓扑结构，分析了逆变器的控制策略及电流控制技术。

【关键词】：光伏并网逆变器，控制策略，电流控制

引言

鉴于光伏发电具有间歇性和波动性的特点，随着光伏发电的应用愈来愈广泛、光伏发电并网规模愈来愈大，对电网的稳定运行也带来了愈来愈多的挑战。并网逆变器是光伏阵列与电网进行电能交互的关键部分，负责将光伏板输出的直流电逆变为符合相关并网要求的交流电并入电网，与电力系统实现安全高效、稳定灵活的互联。

本文基于二极管钳位型三电平光伏逆变器，分析了光伏并网逆变器的控制策略及电流控制技术。

1、光伏并网逆变器的拓扑结构

逆变器是光伏并网发电系统的核心部分，决定着整个并网系统的工作性能。根据光伏阵列输出功率的转换级数可将光伏并网逆变器分为单级式及两级式。单级式光伏并网逆变器是指将光伏阵列的输出直接通过光伏并网逆变器完成功率直一交的转换，并且由并网逆变器本身实现光伏阵列的最大功率跟踪（Maximum

Power Point Tracking， MPPT），但单级式对光伏阵列输出电压大小要求较高。并网逆变器只有满足一定的启动电压才能正常工作，一般通过多块太阳能电池板串联以满足光伏并网逆变器启动工作的直流母线电压要求。两级式是在光伏逆变器前增加了一个DC/DC升压环节，用于解决单级式光伏阵列输出电压大小不满足并网逆变器直流母线电压幅值要求的问题。且一般是采用Boost升压电路，其最关键的是可以在完成升压的同时通过阻抗匹配的原理实现MPPT功能。

光伏并网主要由光伏阵列、Boost升压模块、三电平光伏并网逆变器、系统控制器、锁相环和滤波环节组成。系统工作原理：太阳能经过光伏阵列转换为直流电压，Boost升压模块将直流电压调节到逆变器直流母线电压幅值要求，从而使逆变器输出的电流满足与电网电压同频同相的要求，即将有功电流注入电网。为了降低系统输出的谐波含量，采用电感滤除IGBT自身快速开通关断带来的高频谐波。在一定的光照强度和周围环境温度下，光伏阵列只有一个工作电压点能实现最大功率输出，因此需要采用一定控制策略实现最大功率跟踪控制。