新型太陽能并網(wǎng)逆變器分析研究

摘要：傳統(tǒng)的太陽能并網(wǎng)逆變器通常采用PI控制策略，但傳統(tǒng)PI控制策略具有控制精度不高，魯棒性較差的缺點。針對傳統(tǒng)PI控制的缺點，對太陽能并網(wǎng)逆變器的控制策略進行了改進，提出一種新型的基于直接電流跟蹤控制的太陽能并網(wǎng)逆變器控制策略。該控制策略將傳統(tǒng)PI控制和現(xiàn)代重復控制理論相結(jié)合，能夠有效抑制電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)對并網(wǎng)輸出電流的周期性擾動，降低并網(wǎng)電流的THD。實驗結(jié)果表明，新的控制策略可以有效改善并網(wǎng)電流波形，同時可以保證逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的同頻同相，滿足太陽能并網(wǎng)發(fā)電的要求。
關(guān)鍵詞：太陽能發(fā)電；逆變器；直接電流跟蹤控制；并網(wǎng)電流

進入21世紀以來，世界各國都加大了對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究，各種并網(wǎng)發(fā)電裝置的應用逐漸增多。然而，隨著投入使用的并網(wǎng)逆變裝置增多，其輸出的并網(wǎng)電流諧波對電網(wǎng)電壓的污染也越來越大。為降低并網(wǎng)電流對電網(wǎng)的諧波污染，需要對并網(wǎng)逆變器的控制算法進行研究和改進。該系統(tǒng)采用重復控制技術(shù)來抑制電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)對并網(wǎng)輸出電流的周期性擾動，降低并網(wǎng)輸出電流的THD值，減小并網(wǎng)電流對電網(wǎng)的諧波污染。

1 系統(tǒng)組成
1．1 主電路結(jié)構(gòu)
圖1為系統(tǒng)的主電路及控制結(jié)構(gòu)圖，它屬輸出電流控制的電壓型有源逆變器。系統(tǒng)采用由智能功率模塊構(gòu)成的全橋結(jié)構(gòu)。由圖1可知，太陽能陣列輸出的能量先經(jīng)過全橋逆變和電感濾波，以受控電流源的方式并入電網(wǎng)。其控制過程是：與電網(wǎng)電壓同頻同相的參考電流給定值與實際的并網(wǎng)電流瞬時反饋值進行比較，差值通過PI調(diào)節(jié)器處理后，與實際的電網(wǎng)電壓瞬時反饋值進行比較，再經(jīng)三角波調(diào)制，輸出正弦波脈寬調(diào)制信號，經(jīng)驅(qū)動電路放大，驅(qū)動功率開關(guān)器件，從而產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波電流。

1．2 系統(tǒng)逆變環(huán)節(jié)的數(shù)學模型
圖1中取流經(jīng)濾波電感L的電流iL為狀態(tài)變量。則由圖1可得：
uab=unet+L(di／dt)+ir (1)
由式(1)經(jīng)過Laplas變換，可解出i(s)：
i(s)=[1／(sL+r)][uab(s)-unet(s)] (2)
式中：uab是未經(jīng)濾波的逆變器輸出電壓；r為線路的等效電阻。
當逆變器的開關(guān)頻率較高時，忽略開關(guān)器件和死區(qū)特性的影響，SPWM控制方式下的橋式逆變器可近似為一個等效的放大系數(shù)為K的放大環(huán)節(jié)，即：
G(s)=K (3)
由式(2)和式(3)可得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。