基于改進下垂法控制器的光伏并聯(lián)運行控制策略

摘要：當逆變電源并聯(lián)運行時，各電源的輸出阻抗很多情況下是同時存在阻性和感性。若僅采用傳統(tǒng)方法來控制逆變電源系統(tǒng)并聯(lián)運行，則系統(tǒng)的控制性能和精度必然會受到影響。針對傳統(tǒng)控制策略的不足，提出了一種基于改進下垂法的并聯(lián)運行控制策略，選取光伏電源作為逆變電源。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，通過試驗證明了該控制策略能有效控制逆變電源并聯(lián)運行，是一種較為理想的并聯(lián)方式。
關(guān)鍵詞：逆變電源；光伏電源；并聯(lián)運行；改進下垂法

1 引言
基于下垂法的并聯(lián)技術(shù)，其控制策略簡單，技術(shù)成熟，非常適用于實際系統(tǒng)。然而由于逆變電源輸出阻抗存在阻性成分，而且有時不能忽略，因此在系統(tǒng)設(shè)計時，它對于輸出功率特性和系統(tǒng)環(huán)流的影響就不能一概而論。如果能找到某種控制措施，使得并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗中感性成分占絕對比重，這樣就滿足下垂法并聯(lián)的應(yīng)用條件。在此采用“虛擬阻抗法”可改善上述問題。由于并聯(lián)系統(tǒng)在輸出電壓的不同頻段對于輸出阻抗有著不同的特性要求，所以可采用相應(yīng)的控制策略，使得逆變電源的輸出阻抗呈現(xiàn)系統(tǒng)的期望特性。這里采用光伏電池作為逆變電源，將改進后的下垂法并聯(lián)技術(shù)運用到光伏并網(wǎng)控制策略中，并進行了詳細研究。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，最后在1 kW的試驗平臺上對整個并聯(lián)過程進行了試驗研究。

2 主電路結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1為采用的單相全橋逆變主電路，其核心部分在于用內(nèi)部電流環(huán)反饋和外部電壓環(huán)反饋來調(diào)節(jié)脈寬，采用電感電流和電容電壓作為反饋分量。光伏電池的輸出電壓通過逆變電路輸出。逆變橋的后級加入LC濾波器，用來消除輸出電壓中的高次諧波。P／Q計算單元的功能是完成并聯(lián)系統(tǒng)輸出無功功率和有功功率的計算，運算結(jié)果經(jīng)功率下垂控制模塊調(diào)節(jié)后合成電壓信號。鎖相環(huán)(PLL)控制單元用來實現(xiàn)逆變電源輸出電壓頻率和相位的同步功能。

3 光伏電池的數(shù)學(xué)模型
光伏電池是利用特殊材料的光伏效應(yīng)制成的，光伏效應(yīng)則是指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量的過程；其次是形成電壓的過程。根據(jù)電子學(xué)理論，當負載為純電阻時，光伏電池的實際等效電路如圖2所示。對應(yīng)的I-U函數(shù)為：

式中：Iph為光生電流；I0為反向飽和電流(數(shù)量級為10-4A)；Rs為串聯(lián)等效電阻；Rsh為內(nèi)部并聯(lián)的電阻；Λ=q／(AKT)，K為玻耳茲曼常數(shù)(1．38x10-23J／K)，T為絕對溫度，q為電子電荷(1．6×10-16C)，A為二極管品質(zhì)因子(當T=330 K時，約為2．8+0．15)。

4 虛擬阻抗法的分析
4．1 虛擬阻抗法的實質(zhì)
虛擬阻抗法針對系統(tǒng)在輸出電壓的不同頻段對輸出阻抗特性不同要求的特點，采用相應(yīng)的控制策略，使等效輸出阻抗呈現(xiàn)出系統(tǒng)期望的特性。圖3為并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗等效示意圖。