光伏并網(wǎng)逆變器的電流鎖相改進(jìn)方案及實現(xiàn)

摘要：基于光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制中電流鎖相的重要性和復(fù)雜性，提出了帶預(yù)鎖相和遺忘算法的電流鎖相方案，該方案可采用硬件鎖相和軟件鎖相兩種方式實現(xiàn)。建立了以MC56F8345型DSF為控制核心的PWM逆變器數(shù)字化并網(wǎng)實驗平臺，對改進(jìn)后的電流鎖相方案進(jìn)行驗證。實驗結(jié)果表明，該方案很好地實現(xiàn)了逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的同步鎖相控制，且輸出電流的幅值、相位、頻率均符合控制要求，可穩(wěn)定、可靠地并網(wǎng)發(fā)電，并能實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；并網(wǎng)逆變器；電流鎖相

1 引言
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器輸出電流的控制十分重要。有效控制逆變器輸出電流可實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可調(diào)?？刂齐娏鲿r，電流鎖相十分關(guān)鍵，必須對電網(wǎng)電壓的頻率和相位進(jìn)行實時檢測，并以此控制逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同頻同相，即同步鎖相。若不能穩(wěn)定、可靠地鎖相，則在逆變器與電網(wǎng)連接(并網(wǎng))過程中會產(chǎn)生很大的環(huán)流，對設(shè)備造成沖擊，縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時還會損壞設(shè)備。因此，研究光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器電流鎖相改進(jìn)方案及數(shù)字化實現(xiàn)具有現(xiàn)實意義。

2 光伏并網(wǎng)逆變器電流矢量控制策略
光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中上半部分為系統(tǒng)主電路，下半部分為系統(tǒng)控制電路?？刂七^程如下：根據(jù)PV的輸出電壓、電流，由MPPT算法獲得Ud參考值，與Ud實際值比較后經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器得到有功電流(d軸電流)參考值。φ*為給定功率因數(shù)角，為無功電流(q軸電流)參考值。若要求單位功率因數(shù)，則φ*=0，=0。

電流閉環(huán)控制通常采用電流矢量控制。圖2示出電流矢量控制的矢量關(guān)系圖。

u，i．e分別為逆變器輸出電壓、輸出電流和電網(wǎng)電壓的空間矢量。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸與e重合，q軸超前d軸90°，其旋轉(zhuǎn)速度ω=2πf(f為電網(wǎng)頻率)。φ為功率因數(shù)角，θ為d軸與三相靜止坐標(biāo)系a軸夾角，是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換必需的參數(shù)。三相PWM逆變器在d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

式中：ud，uq為u在d，q軸的分量；ed，eq為e在d，q軸的分量，ed=e，eq=0；L，R為網(wǎng)側(cè)回路的電感和電阻。
由式(1)可得圖1中電流閉環(huán)控制部分。其中ACDR和ACQR均為PI調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)id，iq。
電流矢量控制的優(yōu)點(diǎn)是可實現(xiàn)逆變器輸出電流有功、無功分量的獨(dú)立控制，控制精度較高，穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能較好。

3 帶預(yù)鎖相和遺忘算法的電流鎖相方案
3．1 鎖相角初始值的確定
逆變器電流矢量控制中，電流鎖相極為重要，其實質(zhì)是實時、準(zhǔn)確地計算出鎖相角，即圖1，2中的θ，這是順利實現(xiàn)整個系統(tǒng)電流矢量控制策略的基本保證。確定鎖相角初始值θ0是鎖相算法的第一步，θ0可選擇在網(wǎng)側(cè)相電壓或線電壓過零時確定，此時無論θ為任意值都要強(qiáng)制令θ=θ0。設(shè)ea，b，c為余弦函數(shù)。若通過電網(wǎng)相電壓確定θ0，則相電壓ea由正到負(fù)過零時，e(d軸)超前a軸90°，即θ0=90°；同理ea由負(fù)到正過零時，θ0=270°。若通過電網(wǎng)線電壓確定θ0，則線電壓eab由正到負(fù)過零時，θ0=60°；eab由負(fù)到正過零時，θ0=240°。此處選擇eab由負(fù)到正過零時開始鎖相，所以取θ0=240°。