弱電網下光伏并網逆變器模糊自適應控制的研究

儲召旭

摘 要：LCL型光伏并網逆變器在弱電網下，電網阻抗的增加，系統穩定性降低。為增強弱電網下系統的穩定性，文章提出了適用于電網阻抗變化的模糊自適應控制方法，實時調整光伏并網逆變器的電流控制器參數以及電容電流反饋系數，以適應電網阻抗變化，提高弱電網情況下的系統相位裕度，保證系統的穩定運行。

關鍵詞：弱電網；模糊自適應控制；相位裕度

中圖分類號：TM464 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0025-02

Abstract： For the LCL photovoltaic （PV） grid-connected inverter in the weak grid， as the grid impedance increases， the system stability is reduced. In order to enhance the stability of the system under the weak current network， a fuzzy adaptive control method for the impedance change of the grid is proposed. The parameters of the current controller and the feedback coefficient of the capacitance current of the photovoltaic grid-connected inverter are adjusted in real time， so as to adapt to the power grid impedance changes， improve the system phase margin （PM） in the case of weak power network， and ensure the stable operation of the system.

Keywords： weak grid； fuzzy adaptive control； phase margin （PM）

引言

隨著全球能源需求日益增大，人們對以太陽能、風能、潮汐能等新能源為核心的分布式發電技術越發重視，智能電網的概念深入人心。光伏并網逆變器作為分布式電網的重要組成部分，也成為研究的熱門[1]。光伏并網逆變器的控制性能直接影響到并網電流的輸出質量。準PR控制對于頻率波動的電網具有一定的抗干擾能力，同時可以消除某一頻率上的穩態誤差，所以有較為廣泛的應用。在弱電網的情況下，由于弱電網下并網阻抗的增大，系統穩定性降低。本文提出適用于弱電網下的自適應控制方法，以改善弱電網下并網逆變器的運行狀態，保證高質量的并網輸出電流。

1 并網逆變器數學模型

本文采用單相電容電流反饋方式的有源阻尼控制方式，其數學模型如圖1。Gi（S）為準PR控制器，ug為并網電壓，L1、C、L2分別為逆變器的濾波結構中的逆變器側電感，濾波電容，并網側電感，Lg為并網側的電網阻抗。Kc、Ki分別為并網電流與電容電流反饋系數。

由電容電流反饋方式的有源阻尼控制數學模型[2]可以得到并網逆變器的系統開環增益為：

2 準PR控制

基于內模原理的PR控制器可以對特定頻率的正弦信號進行無靜差追蹤。而PR控制對于光伏并網系統的并網電壓頻率較為敏感，且現實中也不易于實現，故改善為準PR控制，其系統傳遞函數為：

3 模糊自適應控制

本文提出的光伏并網逆變器的模糊自適應控制，控制方式主要是讓PR控制器的比例系數，諧振系數以及電容反饋系數能夠依據指令電流與并網電流之間的誤差值以及誤差的變化率，實現在線調整，以適應電網阻抗變化時的并網系統的穩定運行[4]。

4 仿真與分析

為了驗證本文提出的自適應方法的可行性，本文借助Matlab/Simulink仿真平臺分析模擬弱電網與強電網的不同電網阻抗下，系統運行的穩定性分析。仿真平臺的系統各基本參數：電網電壓有效值為220V，直流輸入電壓為360V，開關頻率為10kHz，逆變器側電感為600μH，濾波電容10μF，網側電感為150μH，電網感抗3mH。

圖2所示的是傳統準PR控制下，系統沒有自適應過程，幅值裕度為9.84dB，相位裕度為13.2deg。此時系統的相位裕度較小，無法滿足較好的系統動態響應。

圖3所示為加入模糊自適應控制后的系統波特圖，此時幅值裕度為4.06dB，相位裕度為45.5deg。幅值裕度大于3dB保證了系統的魯棒性，而且相位裕度大于45deg，此時系統有較好的動態響應。

圖4為改進的模糊自適應控制下的并網電流波形，仿真在0.1s時切換為半載運行，系統半載運行時THD為0.62%，滿足高質量并網電流的要求。

5 結束語

本文針對弱電網下，電網阻抗增大，導致系統相位裕度降低，系統動態響應較差的問題，提出基于電容電流反饋有源阻尼方式的模糊自適應控制方法，使系統能夠在線調整參數保證系統穩定運行，并通過仿真驗證方法的正確性，因此具有一定的理論研究意義。

參考文獻：

[1]張久亮，郭前崗，周西峰.光伏并網逆變器準比例諧振控制仿真研究[J].電測與儀表，2013，50（02）：68-72.

[2]潘冬華，阮新波，王學華，等.增強LCL型并網逆變器對電網阻抗魯棒性的控制參數設計[J].中國電機工程學報，2015，35（10）：2558-2566.

[3]胡曉青，程啟明，王映斐，等.基于自整定Fuzzy-PI控制的電流跟蹤型光伏并網逆變器[J].太陽能學報，2013，34（06）：959-966.

[4]姚鑫，羅曉曙，廖志賢，等.光伏并網逆變器模糊準PR控制仿真研究[J].電測與儀表，2014，51（19）：86-91.