光伏并網(wǎng)逆變器的電流鎖相改進(jìn)方案及實(shí)現

摘要：基于光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制中電流鎖相的重要性和復雜性，提出了帶預鎖相和遺忘算法的電流鎖相方案，該方案可采用硬件鎖相和軟件鎖相兩種方式實(shí)現。建立了以MC56F8345型DSF為控制核心的PWM逆變器數字化并網(wǎng)實(shí)驗平臺，對改進(jìn)后的電流鎖相方案進(jìn)行驗證。實(shí)驗結果表明，該方案很好地實(shí)現了逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的同步鎖相控制，且輸出電流的幅值、相位、頻率均符合控制要求，可穩定、可靠地并網(wǎng)發(fā)電，并能實(shí)現網(wǎng)側單位功率因數。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；并網(wǎng)逆變器；電流鎖相

1 引言
在光伏發(fā)電系統中，并網(wǎng)逆變器輸出電流的控制十分重要。有效控制逆變器輸出電流可實(shí)現網(wǎng)側功率因數可調?？刂齐娏鲿r(shí)，電流鎖相十分關(guān)鍵，必須對電網(wǎng)電壓的頻率和相位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并以此控制逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同頻同相，即同步鎖相。若不能穩定、可靠地鎖相，則在逆變器與電網(wǎng)連接(并網(wǎng))過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生很大的環(huán)流，對設備造成沖擊，縮短設備使用壽命，嚴重時(shí)還會(huì )損壞設備。因此，研究光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器電流鎖相改進(jìn)方案及數字化實(shí)現具有現實(shí)意義。

2 光伏并網(wǎng)逆變器電流矢量控制策略
光伏發(fā)電并網(wǎng)系統結構框圖如圖1所示。圖中上半部分為系統主電路，下半部分為系統控制電路?？刂七^(guò)程如下：根據PV的輸出電壓、電流，由MPPT算法獲得Ud參考值，與Ud實(shí)際值比較后經(jīng)電壓調節器得到有功電流(d軸電流)參考值。φ*為給定功率因數角，為無(wú)功電流(q軸電流)參考值。若要求單位功率因數，則φ*=0，=0。

電流閉環(huán)控制通常采用電流矢量控制。圖2示出電流矢量控制的矢量關(guān)系圖。

u，i．e分別為逆變器輸出電壓、輸出電流和電網(wǎng)電壓的空間矢量。旋轉坐標系d軸與e重合，q軸超前d軸90°，其旋轉速度ω=2πf(f為電網(wǎng)頻率)。φ為功率因數角，θ為d軸與三相靜止坐標系a軸夾角，是旋轉坐標變換必需的參數。三相PWM逆變器在d，q坐標系下的數學(xué)模型為：

式中：ud，uq為u在d，q軸的分量；ed，eq為e在d，q軸的分量，ed=e，eq=0；L，R為網(wǎng)側回路的電感和電阻。
由式(1)可得圖1中電流閉環(huán)控制部分。其中ACDR和ACQR均為PI調節器，分別調節id，iq。
電流矢量控制的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現逆變器輸出電流有功、無(wú)功分量的獨立控制，控制精度較高，穩態(tài)和動(dòng)態(tài)性能較好。

3 帶預鎖相和遺忘算法的電流鎖相方案
3．1 鎖相角初始值的確定
逆變器電流矢量控制中，電流鎖相極為重要，其實(shí)質(zhì)是實(shí)時(shí)、準確地計算出鎖相角，即圖1，2中的θ，這是順利實(shí)現整個(gè)系統電流矢量控制策略的基本保證。確定鎖相角初始值θ0是鎖相算法的第一步，θ0可選擇在網(wǎng)側相電壓或線(xiàn)電壓過(guò)零時(shí)確定，此時(shí)無(wú)論θ為任意值都要強制令θ=θ0。設ea，b，c為余弦函數。若通過(guò)電網(wǎng)相電壓確定θ0，則相電壓ea由正到負過(guò)零時(shí)，e(d軸)超前a軸90°，即θ0=90°；同理ea由負到正過(guò)零時(shí)，θ0=270°。若通過(guò)電網(wǎng)線(xiàn)電壓確定θ0，則線(xiàn)電壓eab由正到負過(guò)零時(shí)，θ0=60°；eab由負到正過(guò)零時(shí)，θ0=240°。此處選擇eab由負到正過(guò)零時(shí)開(kāi)始鎖相，所以取θ0=240°。