三相光伏并網(wǎng)逆變器直流注入抑制策略

摘要：與單相系統(tǒng)不同，三相光伏系統(tǒng)中任意一相直流注入將會引發(fā)其他相電流中出現(xiàn)直流分量。為了解決該問題．探討了基于虛擬電容的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制方案，并進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于虛擬電容解耦的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制方案，實(shí)現(xiàn)了直流注入的有效抑制。為進(jìn)～步簡化控制結(jié)構(gòu)，提出一種坐標(biāo)系控制方案，不僅便于工程實(shí)現(xiàn)，還可有效抑制直流注入。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方案的有效性。
關(guān)鍵詞：逆變器；光伏并網(wǎng)；直流注入；虛擬電容

1 引言
近年來，世界范圍的光伏發(fā)電得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。1999～2011年間，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量快速增長，其中以并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)為主。為了提高并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)效率，可采用無變壓器非隔離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然而該方案容易引發(fā)光伏系統(tǒng)直流注入問題。就目前來看，直流注入抑制方法可分為直接法和間接法兩大類。文獻(xiàn)提出一種基于虛擬電容概念的單相光伏并網(wǎng)逆變器直流注入控制方法，只需修改軟件控制程序，無需安裝額外電容，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。值得注意，上述研究均針對單相光伏系統(tǒng)，而對于三相光伏系統(tǒng)的直流注入抑制問題目前未見文獻(xiàn)報道。
在此通過分析發(fā)現(xiàn)，三相中任意一相電流中的直流注入將會導(dǎo)致其他相電流中出現(xiàn)直流分量，為了消除三相并網(wǎng)電流中的直流分量，探討了3種控制方案，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。

2 系統(tǒng)控制方案
圖1示出典型的三相光伏并網(wǎng)逆變器原理，其中直流母線電壓Ud由光伏電池經(jīng)過DC／DC升壓提供，ua，ub，uc為三相橋臂端電壓，ea，eb，ec為三相電網(wǎng)電壓。電感L用于濾除開關(guān)諧波，通過適當(dāng)控制使并網(wǎng)逆變器輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)運(yùn)行。

與單相光伏系統(tǒng)不同，三相光伏系統(tǒng)中任意一相電流中的直流注入將會導(dǎo)致其他相電流中出現(xiàn)直流分量。為了闡述其原理，將圖1進(jìn)行簡化可得圖2所示直流注入原理圖。

由圖可見，若a相并網(wǎng)電流中含有直流分量，根據(jù)電路原理可知b，c相電流中將出現(xiàn)直流分量。當(dāng)三相電感值相同時，b，c相中的直流分量是a相直流分量的1／2。為了消除三相并網(wǎng)電流中的直流分量，首先探討虛擬電容控制策略的可行性。與單相光伏系統(tǒng)不同，三相光伏系統(tǒng)通常采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PI控制。引入單相系統(tǒng)虛擬電容控制策略后的控制框圖(方案1)如圖3所示，然而，該方案無法有效抑制直流注入。其原因是，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電容將出現(xiàn)耦合項(xiàng)ωC，若要實(shí)現(xiàn)三相系統(tǒng)虛擬電容概念，必須考慮ωC。