光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略研究

景曉程

（中廣核太陽能開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略研究

景曉程

（中廣核太陽能開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

在節(jié)能環(huán)保的時代背景下，要提升我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出利用率，實現(xiàn)對并網(wǎng)電能質量的改善和優(yōu)化，就要針對光伏并網(wǎng)逆變器進行控制策略的研究和分析，較好地避免電網(wǎng)電壓諧波對于并網(wǎng)電能質量的影響和干擾，省略對三相電容電流的檢測，使光伏發(fā)電系統(tǒng)在協(xié)調(diào)的狀態(tài)下優(yōu)化運行，并最大程度上滿足并網(wǎng)系統(tǒng)的要求，節(jié)約運行成本，提升電能輸出質量和效率。

光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)；逆變器；控制策略

當全球化的能源消耗日益增多、傳統(tǒng)化石能源顯現(xiàn)出枯竭之勢時，就要著眼于對新能源的開發(fā)和利用，可以采用并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，省略獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)儲能的環(huán)節(jié)，較好地節(jié)約運行成本，緩解能源緊張、環(huán)境污染的壓力。為此，必須要重點探索光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的穩(wěn)定、成熟的控制策略，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓與電網(wǎng)電壓的頻率、相位、幅值的一致性和雙向調(diào)節(jié)性，從而較好地提升電網(wǎng)運行的質量和效率。

1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)原理及現(xiàn)狀

光伏并網(wǎng)電力系統(tǒng)主要是將光伏陣列輸出的直流電能傳遞給電網(wǎng)，并且還需要將電能進行調(diào)壓和逆變后饋，以實現(xiàn)電能的有源逆變。在該系統(tǒng)之中，前一級為DC/DCBoos電路，以實現(xiàn)對直流電壓的調(diào)整，并對電能的最大功率進行實時的追蹤，使電壓處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，并且能夠在光照條件和溫度變化的條件下，獲取最大的電壓功率。后一級則是單相全橋式DC/AC變換器，它是經(jīng)由電感濾波之后并網(wǎng)，以實現(xiàn)直流電能輸入與交流電能輸出的解耦，并在有源電力濾波器的依托下實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電、無功補償、和諧波抵制。

目前隨著光伏并網(wǎng)逆變器的普及性運用，形成了以下控制方法：①基于abc靜止坐標系、αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系的控制算法，使控制過程更為簡便和快速。②實現(xiàn)單環(huán)控制、雙閉環(huán)控制和多閉環(huán)控制，并與電壓的前饋控制相結合，較好地優(yōu)化了控制手段和結構。③采用了PR控制器，可以在特定的頻率之后實施無差跟蹤正弦給定信號。同時，還出現(xiàn)了智能的優(yōu)化控制算法，引發(fā)了極大的關注。④采用不同的SPWM調(diào)制、SVPWM調(diào)制、無調(diào)制器等調(diào)制方式，可以實現(xiàn)對逆變器開關的快速操作，并省略了波形調(diào)制過程，控制方法更為簡便。

通常來說，光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法為以下2種：①直接電流控制。這是在直流電壓調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)之中，利用直流電壓調(diào)節(jié)器給定輸出電流的幅值，則可以獲取優(yōu)良的電流響應，從而使電能輸出在最大功率附近。然而，其不足之處在于控制結構和算法較為繁瑣和復雜，要求較高。②間接電流控制。這是利用直流電壓調(diào)節(jié)器的輸出方式，來實現(xiàn)對交流側輸出端的電壓幅值和相位的調(diào)節(jié)與控制。具有控制簡便、無須電流反饋的優(yōu)點，然而其不足之處在于電流動態(tài)響應質量不高，還夾雜有直流分量，并且容易受到系統(tǒng)參數(shù)波動性的干擾和影響，為此，通常適用于響應要求質量不高、控制結構簡單的環(huán)境。相較而言，直接電流控制具有比間接電流控制更為優(yōu)良、穩(wěn)定的特性。

2 光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略探索

（1）電流瞬時值控制策略。這是利用電流滯環(huán)瞬時值控制技術、固定開關頻率瞬時值控制技術，在雙閉環(huán)的結構之下，實現(xiàn)對電流的控制。其中：①電流瞬時值控制技術。這種技術的比較方式如圖1所示：

圖1 電流瞬時值控制技術

在上述這個雙閉環(huán)結構之中，直流電壓反饋控制環(huán)為外環(huán)，交流電流控制環(huán)為內(nèi)環(huán)，電壓調(diào)節(jié)器獲得交流電流的指令之后，與實際檢測的電流信號相比較，使實際電流在指令的控制下上下變化，并處于滯環(huán)帶之中，具有電流響應快、不含特定次諧波的實時控制優(yōu)勢特點，然而，這種控制策略存在開關頻率不夠穩(wěn)定而導致電流頻譜較寬的問題，還容易受到諧波的干擾和影響。②固定開關頻率瞬時電流控制技術。基于其載波頻率的固定性特點，可以使逆變器的輸出諧波頻率相對穩(wěn)定，較好地實現(xiàn)對電流的控制，并且該技術具有濾波器設計更為簡便的優(yōu)點，相較于滯環(huán)電流瞬時值控制技術而言更優(yōu)。

（2）SVPWM控制策略。這是利用逆變器空間電壓（或電流）矢量切換的方法，實現(xiàn)對逆變器的控制與優(yōu)化，它可以輸出高質量的正弦波，在功率器件開關頻率較低的前提下提升直流電壓的利用效率。然而，這種技術的缺陷在于空間矢量控制方法涉及極為復雜的數(shù)學運算，會極大地影響到計算的精度。

（3）無差拍控制策略。它是以系統(tǒng)狀態(tài)方程為基礎，對逆變器的輸出反饋信號進行PWM脈沖寬度的周期推算，以較好地實現(xiàn)對并網(wǎng)電流的狀態(tài)反饋控制。具有輸出電壓波形質量高、畸變低、動態(tài)響應迅速的優(yōu)點，然而這種策略對于運算的實時性要求較高。

（4）重復控制策略。這是以內(nèi)模原理為依托和支撐，建構閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的輸入同周期的內(nèi)部模型，實現(xiàn)對外部周期性信號的跟蹤，通常與其他控制策略結合運用，形成一種復合型

的控制方法。其優(yōu)點在于較好地消除了周期性干擾而產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，卻存在動態(tài)響應質量低的缺陷。

［1］吳章瑋.基于MPPT的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究［D］.淮南:安徽理工大學，2017.

［2］王琳.基于下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測研究［D］.秦皇島:燕山大學，2016.

［3］王飛.基于準比例諧振控制單相并網(wǎng)逆變器的研究［D］.南寧:廣西大學，2016.

景曉程（1984-），男，內(nèi)蒙古托克托人，大學本科，主要研究方向：光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究。