簡(jiǎn)單易學(xué)的單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略

5 單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略

一般單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器采用前后級分開(kāi)控制的方法，當系統功率隨著(zhù)MPPT控制不斷變化時(shí)，首先體現為母線(xiàn)電容的電壓變化然后通過(guò)后級控制改變并網(wǎng)電流。

下面提出一種新的系統控制策略，其核心思想是根據前級MPPT的功率先預置一個(gè)逆變的參考電流幅值，然后經(jīng)一個(gè)比例控制器確定最終的逆變參考電流。這個(gè)比例控制器是母線(xiàn)采樣電壓與參考電壓(一般380V)的比值。這樣當前級MPPT調節功率變化時(shí)，可直接體現為后級參考電流的變化，并通過(guò)母線(xiàn)電壓的比例控制器將母線(xiàn)電壓穩定在參考值附近。

不考慮紋波，若母線(xiàn)電壓均值大于或小于參考值，則會(huì )相應調高或降低逆變的參考電流，使母線(xiàn)電容進(jìn)行相應的充放電，母線(xiàn)電壓保持在參考電壓附近，以保證前后級功率平衡，起到穩壓作用。對于母線(xiàn)紋波，通過(guò)母線(xiàn)電壓控制器，不僅穩住母線(xiàn)電壓，而且抑制了母線(xiàn)紋波對并網(wǎng)電流的影響，還使后級實(shí)現了單電流環(huán)控制，控制更簡(jiǎn)單。其控制原理如圖4所示。

6 Saber仿真驗證

在Saber中搭建如圖1的仿真模型，母線(xiàn)參考電壓380 V，系統工作在額定功率3 kW，前級采用導納增量法實(shí)現MPPT并升壓。

Boost輸出電壓(母線(xiàn)電壓)一直穩定在380V附近，采用雙PI控制方法時(shí)的波形如圖5a所示。由圖可見(jiàn)，母線(xiàn)電壓存在100 Hz的脈動(dòng)紋波;單純的雙PI控制逆變并網(wǎng)電流波形存在明顯畸變，THD=4.63%。當系統功率變化時(shí)，0.45 s開(kāi)始功率從3 kW變化到0.5 s時(shí)的1.9 kW，母線(xiàn)電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5b所示?？梢?jiàn)，母線(xiàn)電壓穩定在380 V附近，有100Hz的脈動(dòng)紋波。并網(wǎng)電流不是很理想，當功率從3 kW變化到1.7 kW時(shí)，母線(xiàn)電壓有一個(gè)先減小然后增加的調節過(guò)程。

將電壓外環(huán)PI改為按照式(4)取值的PR調節器，電壓和輸出電流波形如圖5c所示，可見(jiàn)，采用PR控制輸出并網(wǎng)電流波形沒(méi)有明顯畸變，THD=1.22%。PR控制功率變化時(shí)母線(xiàn)電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5d所示，可見(jiàn)，電壓外環(huán)采用PR調節時(shí)，系統的動(dòng)態(tài)調節更快。當功率變化時(shí)，雙PI控制大概在10個(gè)電網(wǎng)周期才能過(guò)渡到一個(gè)穩態(tài)；而電壓外環(huán)PR調節可使母線(xiàn)電壓和并網(wǎng)電流平滑過(guò)渡，只需2個(gè)周期即可進(jìn)入下一個(gè)穩態(tài)。

由圖4搭建仿真模型，3 kW時(shí)母線(xiàn)電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5e所示?？梢?jiàn)，采用新控制方法可保證母線(xiàn)電容穩壓和很好的并網(wǎng)電流，THD只有0.8%。新控制方法下功率變化時(shí)母線(xiàn)電壓和并網(wǎng)電流波形如5f所示，對比可見(jiàn)，在前級功率變化時(shí)，新控制方法和雙PI控制系統動(dòng)態(tài)性能更好。新控制方法中，系統功率變化時(shí)，電流和母線(xiàn)電壓過(guò)渡更加平穩，同時(shí)能保證高質(zhì)量的輸出電流。

7 實(shí)驗驗證

H橋采用光伏專(zhuān)用模塊FZ06BLA045FH-P897E，二極管采用SiC肖特基二極管，其快恢復性能好，可顯著(zhù)降低開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾?？刂撇?p style="padding: 0px; margin: 0px auto; font-family: Arial, 宋體; color: rgb(51, 51, 51); font-size: 14px; text-indent: 2em; line-height: 25px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255); ">用DSP2808芯片。采用圖4中的控制方法，非隔離并網(wǎng)，濾波電感3 mH，實(shí)驗波形如圖6所示。

可見(jiàn)，并網(wǎng)電流波形質(zhì)量隨著(zhù)功率增加越來(lái)越好，測量半載1.5 kW時(shí)并網(wǎng)電流THD≈1%。

8 結論

對單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行建模，通過(guò)理論分析和仿真可知，傳統的母線(xiàn)電壓外環(huán)、電流內環(huán)控制為兼顧并網(wǎng)電流質(zhì)量和系統動(dòng)態(tài)性能，必須在后級電流環(huán)中加入母線(xiàn)電壓紋波補償和電網(wǎng)電壓抑制補償環(huán)節。若在電壓環(huán)中采用比例諧振調節器控制，將諧振點(diǎn)設置在100 Hz左右，可以抑制母線(xiàn)紋波電壓對并網(wǎng)電流的影響，同時(shí)保證系統動(dòng)態(tài)性能。

提出一種基于功率平衡原理的控制方法，將一個(gè)比例控制器作為母線(xiàn)電壓調節器加入后級逆變環(huán)路中，使后級可采用簡(jiǎn)單的電流環(huán)控制，在母線(xiàn)電容穩壓的同時(shí)消除了紋波電壓對并網(wǎng)電流的影響。傳統的雙環(huán)控制前后級分開(kāi)獨立，這樣前級功率變化時(shí)，首先體現為母線(xiàn)電壓變化，然后并網(wǎng)電流跟隨母線(xiàn)電壓變化，新控制方法中，前級功率變化時(shí)直接作用到后級電流控制中，系統動(dòng)態(tài)響應更快。仿真和實(shí)驗驗證了該方法的可行性。