基于分布式電源并網(wǎng)逆變器控制策略與仿真研究

　　1 分布式電源并網(wǎng)逆變器系統設計

　　1.1 DC-DC變換器

　　DC-DC變換器是通過(guò)半導體閥器件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作將直流電壓先變?yōu)榻涣麟妷?，?jīng)整流后又變?yōu)闃O性和電壓值不同的直流電壓的電路，這里要闡述的是中間經(jīng)過(guò)變壓器耦合的直流間接變換電路。DC-DC變換器在將直流電壓變換為交流電壓時(shí)頻率是任意可選的，因此使用高頻變壓器能使變壓器和電感等磁性元件和平波用電容器小型輕量化。如今，隨著(zhù)半導體閥器件的進(jìn)步，輸出功率為100 W以上的電源實(shí)際上采用的開(kāi)關(guān)頻率都在20~500kHz范圍內，MHz級高頻變換器也在開(kāi)發(fā)研究之中。而且，通過(guò)變換頻率的高頻化，可以使平波用電容的容量減小，從而能夠使用陶瓷電容等高可靠性的元件。而且，本文在舉例闡述動(dòng)作原理是采用雙極功率晶體管、IGBT、MOSFET等開(kāi)通關(guān)斷可控的器件作為直流電壓變換為交流電壓的半導體閥器件，使用最多的還是MOSFET.

　　1.2 直流母線(xiàn)電壓PID控制器設計

　　作為直流母線(xiàn)400V電壓必須具有一定的穩定性，不應該隨著(zhù)負載的變化或電池電壓的改變而產(chǎn)生波動(dòng)。因此必然需要用到反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調節控制系統的響應。由于PID控制器可以實(shí)現無(wú)差調節，其優(yōu)異的動(dòng)態(tài)穩態(tài)特性，以及方便靈活的參數整定方法，因此在逆變并網(wǎng)器中直流母線(xiàn)的電壓控制選擇PID控制算法。

　　在閉環(huán)控制系統里，將調節器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調節器的比例系數，得到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程。此時(shí)的比例系數稱(chēng)為臨界比例系數Ku,相鄰兩個(gè)波峰間的時(shí)間間隔，稱(chēng)為臨界振蕩周期Tu.

　　1.3 逆變并網(wǎng)鎖相環(huán)設計

　　鎖相環(huán)分為模擬鎖相環(huán)和數字環(huán)鎖相。模擬鎖相環(huán)在電路可靠性、穩定性和集成度方面有著(zhù)不可克服的缺陷：數字鎖相環(huán)又分為由數字邏輯器件構成的全數字邏輯鎖相環(huán)和基于DSP的軟件鎖相環(huán)。全數字邏輯鎖相環(huán)路由邏輯器件構成。

　　為了實(shí)現對電網(wǎng)電壓（SIGNAL）周期和相位的采樣，這里利用了一個(gè)遲滯比較器把信號源的模擬采樣信號（SIGNAL）整形為矩形波（TO_DSP）然后通過(guò)TMS320F28X的捕獲單元得到電網(wǎng)電壓的頻率和相位信息。在設計中應當注意的是，由于軟件是通過(guò)電網(wǎng)電壓的上升沿來(lái)獲得周期和相位信息的，因此在硬件的設計上應當保證電網(wǎng)電壓的過(guò)零點(diǎn)和正弦波整形得到的矩形波的上升沿保持一致（即不能有延時(shí)），這就要求計算遲滯比較器的上限觸發(fā)電平U+為0 V.

　　遲滯比較器的上、下限觸發(fā)電平為：

　　式中：U+,U-為遲滯比較器的上、下限觸發(fā)電平；UOH,OL為輸出電壓的上下限（UOH為5 V,UOL為0 V）；UR為比較器的基準電壓，這里為0V.

　　交流有效值定義為：

　　式中：x（t）為被測交流信號；Xeff為對應的有效值；t是時(shí)間；T是交流信號的周期。式（3）給出的有效值包含了基波和諧波的共同貢獻，通常稱(chēng)這種有效值為真有效值，有時(shí)也稱(chēng)為方均根值。

　　對于數字測量系統，式（3）變成：

　　式中：xm（k）為交流信號在kTs時(shí)刻的采樣值（也稱(chēng)采樣數據），Ts為采樣周期，下標m代表該采樣值采自交流信號的第m個(gè)周波，k代表在第m個(gè)周波內的第k次采樣（k=1,2,…，N）；N是在交流信號一個(gè)周期內的采樣次數或采樣點(diǎn)數。 1.4 改進(jìn)MPPT算法　　傳統MPPT算法，即爬山法，是一種比較實(shí)用的MPPT控制算法，這種方式雖在一定程度上減輕了CPU的負擔，但由于周期性尋優(yōu)，會(huì )對系統的輸出電壓造成周期性的波動(dòng)。

　　改進(jìn)MPPT算法基本思想是：

　?。?）利用過(guò)山車(chē)法，即先將光伏電池陣列兩端電壓U1鉗制在蓄電池電壓U2處，再逐漸增加U1,使光伏電池陣列的輸出功率點(diǎn)由小到大，經(jīng)過(guò)MPP后，繼續增大U2,使輸出功率比最大輸出功率小于一個(gè)閾值△P1.輸出功率由小變大，再變小，一定會(huì )經(jīng)過(guò)一個(gè)最大點(diǎn)。在輸出功率變化過(guò)程中，記錄下光伏電池陣列輸出最大功率時(shí)的輸出電壓Umax;

　?。?）根據光伏電