基于級聯(lián)逆變器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統控制策略

摘要：提出了基于混合控制的級聯(lián)逆變器光伏并網(wǎng)發(fā)電系統的雙級控制策略。通過(guò)控制電流瞬時(shí)值反饋滯環(huán)控制單元輸入電壓值為恒定，將輸入電壓控制和光伏系統并網(wǎng)電流控制解耦，簡(jiǎn)化了控制器設計。該雙級控制策略可在進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的同時(shí)保證并網(wǎng)電流質(zhì)量。對該控制策略進(jìn)行了分析，對瞬時(shí)值反饋單元雙環(huán)控制器參數進(jìn)行了設計。最后進(jìn)行了實(shí)驗，結果驗證了所提出的控制方法的有效性。

關(guān)鍵詞：逆變器；瞬時(shí)值電流反饋控制；光伏并網(wǎng)

1 引言

目前，傳統單級式或多級式太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)系統結構存在的不足有：并網(wǎng)逆變器開(kāi)關(guān)管工作頻率相對較高，損耗較大；為了逆變器正常工作，光伏電池需串聯(lián)到足夠的電壓等級，不僅使開(kāi)關(guān)管電壓應力高，而且系統的可靠性降低，系統抗電池局部陰影能力減弱；采用集中式MPPT，將嚴大型光伏并網(wǎng)系統，為提高系統的可靠性及效率，避免更多的太陽(yáng)能光伏電池串聯(lián)，文獻提出了一種階梯波與電流瞬時(shí)值反饋混合控制的級聯(lián)逆變器來(lái)實(shí)現光伏并網(wǎng)發(fā)電。在此基礎上，對基于混合控制的級聯(lián)逆變器光伏發(fā)電系統控制策略進(jìn)行了分析，對瞬時(shí)值反饋單元雙環(huán)控制參數進(jìn)行了設計，為基于混合控制級聯(lián)逆變器的光伏系統的設計與實(shí)現提供了理論參考，并通過(guò)實(shí)驗驗證了理論分析的正確性。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統控制策略

2．1 控制系統結構

基于級聯(lián)逆變器兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統的拓撲結構如圖1所示。圖中前級是DC／DC雙管交錯式Boost電路，后級是由2H橋組成的級聯(lián)逆變器。電路由N+M個(gè)2H橋單元級聯(lián)而成。第1～N個(gè)2H橋為階梯波控制，第N+1～N+M個(gè)2H橋單元為電流瞬時(shí)值反饋倍頻移相SPWM控制或電流滯環(huán)跟蹤控制。限于篇幅，此處僅對階梯波與電流滯環(huán)混合控制系統進(jìn)行分析。

圖2為階梯波與電流滯環(huán)跟蹤混合控制框圖。第1～N+1 DC／DC變換器單元將光伏電池陣列電壓進(jìn)行升壓并完成對光伏電池的MPPT。第1～

N2H橋單元為梯形波控制，第N+1個(gè)2H橋單元為電壓電流雙環(huán)控制，電流內環(huán)為滯環(huán)控制。鎖相環(huán)(PLL)使并網(wǎng)電流iL與電網(wǎng)電壓ug同相位，PLL電路給出的參考基準乘以電壓外環(huán)的輸出，即為電流內環(huán)的輸入參考電流。該電流與iL比較的誤差信號通過(guò)電流放大器放大后經(jīng)滯環(huán)控制，產(chǎn)生第N+1 2H橋單元控制信號。第N+1 2H橋單元輸出電壓us(N+1)應與第1～N 2H橋單元輸出的階梯波電壓同相，通過(guò)PLL，DSP計算出導通脈沖，使前N～1個(gè)逆變器單元的輸出電壓寬度分別為(θN～π-θN)，(θN-1～π-θN-1)，…，(θ1～π-θ1)，即工作在不同的模式。

2．2 級聯(lián)逆變器單元的控制策略

圖2中，計算出直流母線(xiàn)電壓參考值與采樣得到的實(shí)際電壓值誤差，再通過(guò)一個(gè)比例積分環(huán)節得到DC／AC逆變器輸出電流的幅值指令I(lǐng)ref，然后將Iref與電網(wǎng)電壓同步的單位正弦信號sin(ωt)相乘得到輸出電流指令值Irefsin(ωt)，再將Irefsin(ωt)與采樣值的誤差通過(guò)電流調節器后，經(jīng)滯環(huán)比較后通過(guò)驅動(dòng)電路去控制第N+1 2H橋單元DC／AC逆變器的開(kāi)關(guān)管。

當ug與iL同相時(shí)，逆變器輸出電壓在相位上超前于ug。故第1～N2H橋單元輸出的階梯波電壓應與瞬時(shí)值反饋控制的2H橋單元的輸出電壓us(N+1)同相，通過(guò)PLL給出與us(N+1)同相的階梯波基波電壓，然后由DSP實(shí)時(shí)采樣第1～N2H橋單元直流母線(xiàn)電壓，計算出各2H橋單元導通脈沖。

3 瞬時(shí)值反饋單元雙環(huán)控制分析

3．1 瞬時(shí)值反饋級聯(lián)逆變器單元電流內環(huán)設計

電流內環(huán)采用三態(tài)DPM電流滯環(huán)控制，控制框圖如圖3所示。