小功率光伏并網逆變器控制策略探討

三峽大學 解立輝

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小功率光伏并網逆變器控制策略探討

三峽大學 解立輝

【摘要】在新的背景下我們面臨著經濟發展和可持續發展的重大挑戰，如何充分利用有限的能源創造更大的價值，是解決能源問題的需求，科技的重要性日益凸顯。本文將著重闡述小功率光伏并網逆變器控制原理，深入了解小功率光伏并網逆變器的控制目標，并結合小功率光伏并網逆變器的原理和控制目標，制定出科學合理的小功率光伏并網逆變器控制策略。

【關鍵詞】小功率光伏并網；逆變器；控制策略

目前世界能源危機問題十分嚴重，開始影響人們的生產和生活，為了解決這個問題，人們開始重視再生能源的應用。而大陽能資源作為一種穩定的能源受到人們重視。逆變器可有效提高電能質量和系統運行效率，是小功率光伏并網發電的關鍵部分，小功率光伏并網逆變器運行效率比較高、本身體積比較小等特點必然會成為未來太陽能利用的主要趨勢。

1　光伏并網系統結構及原理

1.1光伏并網系統原理

光伏并網系統介于電力網與太陽能光伏系統之間，通過光伏并網系統可以有效的將太陽能光伏系統中產生的直流電轉換為交流電，光伏并網系統可以起到中轉和連接的作用。并網逆變器是光伏發電系統中最關鍵的部分，通過對光伏陣列發出的直流電，通過調壓、逆變等方式變為交流電，交流電的整個轉換過程是源逆變的過程是光伏并網系統的本質。光伏并網系統中的逆變器除了需要將直流電轉換為交流電外，還需要控制交流電的電壓、電流、電能品質、頻率等，其轉換的標準需要嚴格正常電網內的電壓進行轉換，保持頻率、電壓等各方面數據的一致，避免流入電網內的電壓出現問題。

1.2光伏并網系統結構

在光伏并網系統中并網逆變器是其最重要的結構，并網逆電器介于太陽能光伏陣列和電網直接，起到了中轉和連接的作用。并網逆變器的連接不是固定不變的，其連接方式需要根據太陽能光伏陣列和對電壓、電流的實際需要要設置的。根據不同的設置也可以分為以下三種并網逆變器，包括集中逆變器、組串逆變器、組件逆變器三種并網逆變器。按照功能分并網逆變器可以分為以下三種，分別為逆變部分、控制部分、保護部分，這個三個部分可以有效的實現并網逆變器的轉換和保障安全的功能。按照并網逆變器的電路結構來分可以分為以下三種，分別為工頻變壓器絕緣、高頻變壓器絕緣、無變壓器絕緣，這幾種電路結構可以充分保持電流轉化的穩定性和安全性，是目前主流的電路結構。

2　小功率光伏并網逆變器控制目標

小功率光伏逆變器對光伏陣列內的電流進行輸出轉換的頻率、電壓、相位等數據需要嚴格按照公共電網內的頻率、電壓、相位的數據來進行轉換，保證二者數據的相同，這樣轉換出的交流電才能并入公共電網。小功率光伏并網逆變器的運行原理可以通過單相來描述。

圖1是并網逆變器輸出矢量圖，圖中顯示的是轉換前后的電流和電壓，如圖1所示。

圖1　并網逆變器輸出矢量圖

圖中的I0指的是逆變器的輸出電流，U0和Ug分別為小功率光伏并網逆變器的輸出電壓和電網電壓，圖中的L和R則分別表示輸出濾波電抗器和線路電阻。為了保證輸出的電流不出現問題，必須要保持同頻率、同電壓、同相位，以相同的數據為基本的參考。為了保持逆轉前后的各種數據的相同，輸出濾波電抗器的電壓的相位比電網電壓超前90°。通過對圖1的分析可以得出逆變器輸出電壓的幅值和相位。

逆變器輸出電壓的公式中逆變器的輸出電壓可以通過電網電壓與輸出逆變器內部電壓之和得出的。其中Ug的頻率、周期、相位的數據可以直接通過儀器測量出來。I0的相位可以通過電流的負反饋來實現，這些數據可以通過計算和測量得出，而公式中R最難得到的。因此要采用一些先進的科學手段，對轉換前后的各個數據進行測量，通過使用小功率光伏并網逆變器來控制各種數據，包括頻率、周期、相位等數據，最終將功率因素變為1，實現轉換前后的數據不發生變化，最終實現回饋發電。

3　小功率光伏并網逆變器控制策略

3.1 逆變器的控制策略

一般并網逆變器采用電流源電壓控制、電流源電流控制、電壓源電壓控制、電壓源電流控制四種控制方法。小功率光伏并網逆變器對數據進行控制主要采用電壓源電流控制和電壓源電壓控制兩種控制方式，這兩種控制方式可以有效的避免被系統的動態響應差，保證輸入電流的穩定性。

電壓控制和電流控制使對并網逆變器控制的主要方式。并網逆變器的主要功能是轉換流入的直流電為交流電。一般流入并網逆變器的電流為直流電，由于輸入和輸出的電壓不一致，會出現環流的情況，為了保持數據轉換的穩定性，一般當電流輸入逆變器時一般采用電壓源輸入的控制方式。而逆變器的輸出時如果依然使用電壓源的控制方式，操作比較繁瑣復雜，因此，電流輸出光伏并網逆變器過程中采用電流輸出的控制方式。

3.2 并網系統的控制策略

在并網系統系統中DC/DC、DC/AC變流器的結構和變化目標具有獨立性，在對電流的轉換中根據DC/DC、DC/AC變流器的結構和變化目標的特點進行最大功率跟蹤與并網控制，因此研究并網系統的控制需要從最大功率跟蹤的控制與并網控制兩個方面進行分析。

3.2.1最大功率跟蹤的控制

對于最大功率跟蹤的控制策略的研究要從在連續狀態下逆變器輸入側直流母線電壓的公式入手，具體可以用如下公式表示：

在公式中Vdc表示逆變器輸入側直流母線電壓，D為對占空比。V為光伏陣列輸出電壓。從公式中可以看出如果逆變器輸入側直流母線電壓想對穩定，光伏陣列輸出電壓會受到占空比的影響，通過D的控制可以使輸出的最大功率在電壓附近，最終實現對最大功率跟蹤的控制。

3.2.2并網逆變器控制策略

（1）電流瞬時值控制。電流瞬時值控制的控制方法為實時控制，輸出的電流和電壓不含次諧波的特點，在并網逆變器控制中比較常見。要找出電流瞬時值控制的策略，首先要了解電流瞬時值的比較方式，具體如圖2所示。從圖2中可以看出電流瞬時值通過直流電壓反饋控制環和交流電流控制環兩種將電流信號進行比較，圍繞電流指令上下變化。這種電流瞬時控制會引起諧波的干擾，在實際操作中主要采用固定開關瞬時頻率電流控制方法對滯環電流進行瞬間控制。

圖2　電流瞬時值比較方式圖

（2）雙閉環控制。雙閉環控制在逆變器控制中應用比較廣泛，可以很好的控制直流到交流的逆變，保證在轉換的過程中光伏電網的最大功率輸出，并通過對無功分量的計算實現APF的補償。

（3）SVPWM控制策略。SVPWM控制是依據逆變器空間電壓和電流矢量切換來實現對逆變器的控制的一種控制策略。同時輸出高質

量的正弦波來提高電壓的使用效率，這種策略是目前比較有效的控制并網逆變器的方法，但是在使用過程中需要避免由大量的計算而影響到結果的準確性，這種方法對相關人員的運行能力要求比較高。

（4）無差拍控制。無差拍控制以系統狀態方程為控制方式對并網逆變器控制的策略，通過這種方式會使輸出電壓保持較好的輸出質量，系統動態響應很快。但是應用誤差拍控制過程中要注意保持模型的準確性，避免系統強烈的震蕩。

總結：在當前世界各地能源都十分緊缺的背景下，太陽能發電作為一種新型的能源轉換形式，具有廣泛的應用前景。逆變器可有效提高電能轉換的質量和系統電能轉換的效率，是小功率光伏并網發電的關鍵部分，逆變器控制系統的性能很大程度上決定著并網的成敗，因此對多種光伏并網逆變器控制策略進行整合，保證電能資源轉換的穩定性和安全性。

參考文獻

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