一種單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略
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單相光伏并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電流均為工頻正弦變量，其輸出有功功率表現為2倍工頻的正弦變量，這樣實(shí)際母線(xiàn)電容就有相同頻率的紋波電壓。因此母線(xiàn)電壓控制環(huán)節產(chǎn)生的參考電流幅值就不是一個(gè)標準的直流變量，也含有2倍頻交變分量，電流基準給定信號就不是標準的正弦波，因此會(huì )導致實(shí)際并網(wǎng)電流波形THD升高。
另一方面，市電電網(wǎng)電壓包含大量的低次和高次諧波，實(shí)際用電負荷的突變還會(huì )導致電網(wǎng)電壓隨機波動(dòng)。電流環(huán)中沒(méi)有考慮到電網(wǎng)電壓ug對電流波形的影響。
設igref與ig的誤差信號為ie，則ie=igref-ig，差分方程為：die／dt=digref／dt-dig／dt。若不考慮開(kāi)關(guān)頻率諧波分量的影響，有：
Lfdig／dt=uAB1-ug (1)
式中：Lf為輸出濾波電感；uAB1為橋臂輸出側基波分量。
設ie接近零，可得die／dt=digref／dt-(uAB1-ug)／Lf=0。根據逆變器調制原理可得：
uAB1=Udcum／Utri (2)
式中：um為逆變器正弦調制信號；Utri為三角載波幅值。
整理可得：
um=Lf(Utri／Uref)d[(Uref／Udc)igref]／dt+(Utri／Udc)ug (3)
(Uref／Udc)igref說(shuō)明母線(xiàn)電壓的紋波影響并網(wǎng)電流，(Utri／Udc)ug說(shuō)明電網(wǎng)電壓對電流控制也有影響。所以單純采用雙PI控制在實(shí)際電路中很難滿(mǎn)足并網(wǎng)逆變器THD5％的要求。根據式(3)可知，若增加Udc／Uref乘以電網(wǎng)電壓作為前饋補償，就可消除電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的影響。
4 電壓外環(huán)PR調節
單純采用雙PI控制時(shí)，為了保證系統穩定性和動(dòng)態(tài)性能，電壓環(huán)環(huán)寬一般都設為200～500 Hz，即使加入母線(xiàn)紋波補償，也無(wú)法完全抑制100 Hz紋波對并網(wǎng)電流的影響。若采用PR調節器作為電壓外環(huán)調節器，則可很好地抑制母線(xiàn)紋波對并網(wǎng)電流的影響，同時(shí)可保證系統動(dòng)態(tài)系能，即有：
Gc(s)=Kp+Kr(s2+ω2)／[s2+(ω／Q)s+ω2] (4)
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100 Hz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。
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