小功率光伏并網逆變器控制策略的研究與設計

尹偉

摘 要：小功率光伏并網逆變器的控制電路，由采樣與信號處理電路、過零點捕獲電路和保護電路構成。在對小功率光伏并網逆變器進行設計完善時，需要提升控制裝置的反應速度，分析電流控制器PI節點對控制并網電流的影響因素。本文對光伏并網逆變器的應用價值做出分析，研究SPWM的電流瞬時值。分析該類裝置的控制原理和控制結果，構建控制函數模型，優化控制裝置的調節設計水平，對設計期間的仿真結果做出分析，保證控制策略的有效性。

關鍵詞：小功率并網；逆變器；SPWM控制策略

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0160-01

小功率光伏并網逆變器是光伏組件與電網連接的主要裝置，其控制策略也一直在被研究和應用。將光伏電網逆變器合理的嵌入電網之內，提升系統的運行穩定性和可靠性至關重要。在分析系統的運行狀態時，也需要對小功率光伏電網逆變器的應用方式進行深入研討，克服隔離性變壓器的使用困難，保證高頻變壓器隔離性設計的合理性。工頻變壓器的產品應用技術日趨成熟，在分析開關頻率因素時，也需了解光伏并網逆變器的頻率變化周期，了解電壓的輸入方式，考慮節能效果和成本控制策略。

這需要了解電壓源電流的構成以及電流瞬時值的反饋機制組成部分。分析重復控制、無差拍控制以及電流SPWM控制機制的組成結構。在分析電流瞬時值時，也需要了解電流瞬時值的反饋滯環控制環節。在分析開關頻率時，需要分析SPWM的控制基礎以及電流瞬時值跟蹤技術的應用方式。

光伏并網逆變器的輸出裝置組成復雜，波形變化快，容易受電網系統中的非線性因素影響，電壓的變化周期也存在一定的不可控制性。故而，采用傳統的周期擾動方式不能完全完成對并網畸變電流的控制，需要分析前饋控制因素，解決控制控制難題，分析光伏并網逆變器的運行原理，找準電流控制點以及并網電流應用期間的負面影響。對于電網電壓的前饋控制機制而言，搭建有效的控制模型可以消除并網電流控制系統中的不良影響，提升控制策略的可行性。在對輸出濾波器進行研究時，需要分析控制節拍，了解系統的應用特定，保證系統結構的整體穩定性。

1 控制模型的分析和設計

1.1 小功率并網光伏逆變器的應用原理

小光伏并網控制逆變器的應用期間，對電流的矢量進行管理和調控，分析并網控制元素和網側有功以及無功的關聯性。在分析并網交流側的相關穩態矢量因素時，也需要了解電動勢的矢量以及逆變器交流側的電壓變化值。分析電感電壓之間的矢量和，了解輸出電流矢量因素和變壓器的工頻隔離原則。用公式表示小功率光伏并網逆變器之間的關聯性。使用UA表示逆變器交流側兩電感電壓矢量和，分析工頻隔離變壓器之間的比例，對照變壓器的輸出功率以及輸出原則，讓變壓器的兩端電壓持平。用I來表示輸出電流矢量，is表示并網電流，通過L3線路的電流表示為iL3。之后判定電流設計因素，保證輸出濾波電容的合理性。了解逆變器的高頻諧波抑制作用，分析電容的設計機理，忽略逆變器交流側電感的等效電阻，可以用以下公式做出表示，UA=Us+UL，UA=jwLI。分析并網逆變器的并網原理，以及電壓矢量的計算模式。分析Ui信號和三角波之間的比較關系，分析SPWM波，利用驅動裝置，完成對光伏并網逆變器的有效控制。

1.2 光伏并網逆變器的設計控制原則

分析逆變器并網的控制原理，了解逆變器中系統的直流變化因素，做好穩壓鎖相以及并網電流的控制。電壓環和直流母線中的電壓參考值存在一定的聯系。在分析PI輸出量時，電壓環輸出量作為參考值，實現對直流母線的穩壓，電流環和正弦信號的乘積作為電流參考信號。調控小功率光伏并網逆變器的控制使用方式時，需要保障并網電流和電壓的相位一致，分析電流信號參考值也需要了解電流采樣值以及電流參考信號之間的差異。誤差信號經過電流環PI輸出量和并網電壓之間的三角波進行比較，通過PWM輸出SPWM波形，對并網電流的進行控制。

1.3 光伏逆變器的控制分析

分析光伏逆變器的控制目標，分析SPWM電流瞬時值。在分析跟蹤控制應用技術時，也需要了解電網結構的控制方式。分析輸出電流質量，了解電流反饋點上的電流變化，完成對電網電壓控制信號調節以后，也能對電路中的比例系數做出判定。

2 小功率光伏并網逆變器控制環節設計

2.1 逆變環節

分析系統中的SPWM調控方式，了解調制區間的差異性，設計逆變輸出裝置以及調制輸入裝置之間的函數計算形式，分析小功率光伏并網逆變器的變化周期和滯后因素，設計裝置延時計劃和開關變化周期，經分析，函數關系傳遞表達式為：

（1）KPWM==

（2）GINV（s）=KPWM×e-Tss

Usin（s）正弦波調制信號，Utri三角載波信號，Kpwm調制器輸入到逆變器輸出函數，GIVN（s）逆變環節。

2.2 濾波反饋

分析濾波反饋因素，了解電網電流的變化以及T型濾波器的傳遞函數，可將函數傳遞公式表現為：

=

R為T型濾波器中C串聯電阻，逆變器輸出側電流為L2，T型濾波器輸出側電流為L3。

如公式中的模型所表示，可以對濾波器的電阻阻值作出分析，了解控制帶寬的限制性因素，分析輸出電流以及濾波輸出裝置之間的關聯性。總結結論，判定逆變輸出側電流的傳遞函數差異。

2.3 電網電壓的前饋環節分析

研究并網逆變器控制系統中的電網電壓誤差，建立表示公式，如下：

（3）

從公式中可以判定小功率光伏電網控制策略的應用了路徑，利用傳遞函數，計算點電流誤差值，分析電路擾動因素。

2.4 功率開關管參數計算及選擇

逆變器性能在和功率開關管存在很大聯系。MOSFET管開關頻率高，額定電流可致kA等級，缺點是但耐壓能力差，在兩端電壓升高以后，導通電出現變化而。IGBT通常被應用在大功率領域，耐壓值高，但開關頻率不如MOSFET。小功率光伏并網逆變器中，通常將開關管的工作開關頻率控制在20kHZ，最大電壓區間400V，所以選用IGBT效果更好。

3 結語

本文對小功率光伏并網逆變器的控制策略進行了研究，分析設計方式，以及基于工頻變壓器的并網逆變器拓撲結構，分析電流瞬時值，制定跟蹤策略，降低并網電流諧波和改善功率因數，實現小功率并網控制策略應用。

參考文獻

[1]周寧.H6拓撲單相光伏并網逆變器的研究與設計[D].浙江大學，2017.

[2]劉會超.LCL型光伏并網逆變器的控制策略研究[D].江南大學，2016.

[3]王麗穎.分數階PI～λ控制器在單相光伏并網逆變器中的應用[D].河北大學，2016.