基于改進(jìn)下垂法控制器的光伏并聯(lián)運行控制策略

摘要：當逆變電源并聯(lián)運行時(shí)，各電源的輸出阻抗很多情況下是同時(shí)存在阻性和感性。若僅采用傳統方法來(lái)控制逆變電源系統并聯(lián)運行，則系統的控制性能和精度必然會(huì )受到影響。針對傳統控制策略的不足，提出了一種基于改進(jìn)下垂法的并聯(lián)運行控制策略，選取光伏電源作為逆變電源。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，通過(guò)試驗證明了該控制策略能有效控制逆變電源并聯(lián)運行，是一種較為理想的并聯(lián)方式。
關(guān)鍵詞：逆變電源；光伏電源；并聯(lián)運行；改進(jìn)下垂法

1 引言
基于下垂法的并聯(lián)技術(shù)，其控制策略簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，非常適用于實(shí)際系統。然而由于逆變電源輸出阻抗存在阻性成分，而且有時(shí)不能忽略，因此在系統設計時(shí)，它對于輸出功率特性和系統環(huán)流的影響就不能一概而論。如果能找到某種控制措施，使得并聯(lián)系統輸出阻抗中感性成分占絕對比重，這樣就滿(mǎn)足下垂法并聯(lián)的應用條件。在此采用“虛擬阻抗法”可改善上述問(wèn)題。由于并聯(lián)系統在輸出電壓的不同頻段對于輸出阻抗有著(zhù)不同的特性要求，所以可采用相應的控制策略，使得逆變電源的輸出阻抗呈現系統的期望特性。這里采用光伏電池作為逆變電源，將改進(jìn)后的下垂法并聯(lián)技術(shù)運用到光伏并網(wǎng)控制策略中，并進(jìn)行了詳細研究。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，最后在1 kW的試驗平臺上對整個(gè)并聯(lián)過(guò)程進(jìn)行了試驗研究。

2 主電路結構及工作原理
圖1為采用的單相全橋逆變主電路，其核心部分在于用內部電流環(huán)反饋和外部電壓環(huán)反饋來(lái)調節脈寬，采用電感電流和電容電壓作為反饋分量。光伏電池的輸出電壓通過(guò)逆變電路輸出。逆變橋的后級加入LC濾波器，用來(lái)消除輸出電壓中的高次諧波。P／Q計算單元的功能是完成并聯(lián)系統輸出無(wú)功功率和有功功率的計算，運算結果經(jīng)功率下垂控制模塊調節后合成電壓信號。鎖相環(huán)(PLL)控制單元用來(lái)實(shí)現逆變電源輸出電壓頻率和相位的同步功能。

3 光伏電池的數學(xué)模型
光伏電池是利用特殊材料的光伏效應制成的，光伏效應則是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現象。它首先是由光子(光波)轉化為電子、光能量轉化為電能量的過(guò)程；其次是形成電壓的過(guò)程。根據電子學(xué)理論，當負載為純電阻時(shí)，光伏電池的實(shí)際等效電路如圖2所示。對應的I-U函數為：

式中：Iph為光生電流；I0為反向飽和電流(數量級為10-4A)；Rs為串聯(lián)等效電阻；Rsh為內部并聯(lián)的電阻；Λ=q／(AKT)，K為玻耳茲曼常數(1．38x10-23J／K)，T為絕對溫度，q為電子電荷(1．6×10-16C)，A為二極管品質(zhì)因子(當T=330 K時(shí)，約為2．8+0．15)。

4 虛擬阻抗法的分析
4．1 虛擬阻抗法的實(shí)質(zhì)
虛擬阻抗法針對系統在輸出電壓的不同頻段對輸出阻抗特性不同要求的特點(diǎn)，采用相應的控制策略，使等效輸出阻抗呈現出系統期望的特性。圖3為并聯(lián)系統的輸出阻抗等效示意圖。