基于滑窗DFT 算法的新能源直流并網逆變器協調控制方法

王小麗

（中廣核鈾業發展有限公司，北京 100000）

0 引 言

隨著人們生活水平的提高和電能質量需求的增加，新能源直流并網逆變器的運行壓力持續提升。在高功率的背景下，逆變器的線路損耗和電壓值不斷增大，不僅影響新能源直流并網的應用，而且會對逆變器造成不可逆的損壞。為緩解這些問題，相關人員設計了新能源直流并網逆變器協調控制方法。

傳統的帶輸出LC 濾波器輔助逆變器協調控制方法和傳統光伏處理逆變器協調控制方法雖然能夠實現預期的任務和目標，但缺乏針對性與穩定性，在外部環境和特定因素的影響下，無法確保最終獲取的逆變器協調控制結果真實可靠[1-3]。此外，當前的逆變器協調控制方式多為單向，整體控制處理效率較低，嚴重影響控制效果[4]。為解決這些問題，將滑窗離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT）算法與逆變器協調控制工作相融合，可以擴大當前的控制范圍，形成更加靈活、多變的協調控制結構。在復雜的控制環境中，這種方法可以提高控制定位的精準度和穩定性，加強對協調誤差的控制，建立多維的運行控制模型，在合理的標準下降低逆變器的損耗，減小電流畸變，為后續相關技術的發展與創新奠定堅實的基礎[5]。

1 直流并網逆變器滑窗DFT 測算協調控制方法

1.1 畸變電流測定與多目標交叉協調控制結構設計

當并網逆變器出現控制異常時，其內置電流會發生波動，形成電流畸變。對畸變電流的測定分析可以幫助相關人員明確協調控制需求，降低后續的控制差異[6]。設置并網逆變器電流的采樣周期，通過滑窗DFT 方法，測定和計算此時的時域電流[7]。通過諧波反映電流波動幅度，利用滑窗DFT 算法計算出諧波平均幅值，計算公式為

式中：P為諧波平均功率幅值；U為諧波電壓含量；I為額定電流值；δ為堆疊電流畸變率。以計算出的諧波平均幅值作為限制標準，測定畸變電流，并記錄發生巨大波動的時段，匯總協調控制的數據。在此基礎上，設計多目標交叉控制結構，如圖1 所示。

圖1 多目標交叉協調控制結構

在完成多目標交叉協調控制結構設計后，將基礎的控制指令設置在該結構中，形成一個穩定的控制模式，搭建基礎的協調環境[8]。

1.2 構建滑窗DFT 測算并網逆變器協調控制模型

根據當前逆變器的變動情況，結合滑窗DFT 算法設計協調控制模型。為確保電流的質量，采用LCL濾波器并網作為支撐。測算此時逆變器的輸送功率，當電網出現三相不平衡時，先抑制諧波出現的基礎擾動，確保逆變器處于穩定的運行狀態。通過滑窗DFT算法，計算有功功率和無功功率，根據其變動狀態分析當前逆變器的運行情況，同時標記需要調整的時段，設計基礎的并網逆變器協調控制模型結構，如圖2 所示。

圖2 并網逆變器協調控制模型結構

在完成并網逆變器協調控制模型結構的設計后，在滑窗DFT算法的輔助下，模型的實際應用能力更高，協調控制的針對性更強，控制效果顯著提升。

1.3 三相平衡控制實現逆變器協調控制處理

三相平衡處理主要是控制逆變器電路的三相電壓源正弦波，確保其在運行的過程中頻率相同、幅度相同、相位差為120°。三相平衡處理可以提高并網逆變器的運行效率和質量，擴大協調控制范圍。通過測算得出三相恒定限制值調整逆變器的控制指標參數，確保控制的穩定性與安全性，提升逆變器的運行效率。

2 方法測試

為驗證基于滑窗DFT 算法的新能源直流并網逆變器協調控制方法的實際應用效果，考慮最終測試結果的真實性與可靠性，選定A 新能源直流并網中的逆變器作為測試對象，對比分析傳統帶輸出LC 濾波器輔助逆變器協調控制方法、傳統光伏處理逆變器協調控制方法、文章設計的基于滑窗DFT 算法的逆變器協調控制方法。根據當前的逆變器協調控制需求和標準的變化，對比測試結果。

2.1 測試準備

設置選定的A 新能源直流并網中的逆變器協調控制方法測試環境。由于是新能源直流并網，運行速度較快，逆變器的關聯設備也相對較多，為保證測試控制過程的真實、穩定，需要在可控的范圍內布設一定數量的檢測節點。節點初期為獨立運行，但在進行協調控制測定時，必須將各個區域的節點進行搭接關聯，形成一個循環性的協調控制程序，便于后續的測試分析。

利用MATLAB 建立并網逆變器仿真測試平臺，調整當前的直流側電壓為350 V，并網功率容量控制在15 ～20 W 即可，交流側電感為0.155 mH，電網頻率為50 Hz。在此基礎上，計算逆變器的運行波動比。將得出的逆變器運行波動比設定為限制約束條件，然后設定測試指標和參數，如表1 所示。

表1 逆變器協調控制測試指標及參數設定

根據表1，完成對逆變器協調控制測試指標和參數的設置，至此完成對基礎測試環境的搭建，從而進行具體的測驗分析。

2.2 測試過程與結果分析

在搭建的測試環境中，設計對應的協調控制測試流程，具體如圖3 所示。

圖3 并網逆變器協調控制測試流程

根據圖3，完成對并網逆變器協調控制測試流程結構的設計與實踐分析。通過調整并控制并網逆變器電壓和交流電流的波動，將功率因數控制在合理的范圍內，一般設置為0.2 ～0.6。設置4 個周期階段對并網逆變器進行協調控制處理，測定使用逆變器前后電流與電壓的波動情況，并分析其協調控制的穩定性與有效性，測試結果如圖4 所示。

圖4 測試結果對比分析

與傳統帶輸出LC 濾波器輔助逆變器協調控制測試組、傳統光伏處理逆變器協調控制測試組相比，基于滑窗DFT 算法的逆變器協調控制測試組最終得出的周期逆變器畸變率較低，低于0.2%，說明在滑窗DFT 算法的輔助下，變網逆變器的協調控制效率得到了明顯提升，控制針對性增強，具有較好的實際應用價值。

3 結 論

與傳統的逆變器協調控制形式相比，設計的協調控制結構更加靈活、多變，自身具有更強的穩定性與安全性。在不同的并網運行環境下，加強對內部逆變器運行的實際控制。通過拓撲結構和滑窗DFT 測算的方式，同步控制指標的相對應數值，加強對電流或電壓的合理控制，發揮自身的協調控制優勢，最大限度地避免損壞逆變器或其他電力設備，推動該技術邁入新的發展臺階。