級聯(lián)式逆變器在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應用研究
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2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略
結(jié)合單級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略以及級聯(lián)式逆變器控制策略兩者的特點，為獲得與電網(wǎng)側(cè)同相位的并網(wǎng)電流，前級DC-DC電路對光伏電池電壓升壓并實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，后級DC-AC電路采用階梯波控制和電流環(huán)控制的混合控制策略。在這種策略控制下的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓相位保持一致，并能實現(xiàn)最大功率跟蹤。限于篇幅，前級的最大功率跟蹤控制本文將不作介紹，本文重點介紹級聯(lián)式逆變器部分的控制策略。
2．1 基于階梯波控制的PWM載波調(diào)制控制
對于級聯(lián)式逆變器部分的控制系統(tǒng)，文獻提出一種高效PWM載波控制方式，此方式是基于階梯波控制的前提下形成。PWM載波控制策略是：前3級采用階梯波控制，第4個H橋引入PWM方式。具體操作為：前3個H橋輸出的波形疊加后形成階梯波，以電網(wǎng)側(cè)理想正弦波減去疊加的階梯波作為第4個H橋的調(diào)制波，調(diào)制波與傳統(tǒng)三角載波進行比較，確定第4個H橋的PWM控制。這種PWM載波控制方式比4個H橋都使用階梯波控制方式效果更好。圖2所示系統(tǒng)中，前3個H橋采用的階梯波控制是利用級聯(lián)式多電平結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)控制。圖3以三級級聯(lián)電路為例說明，在導通角分別為θ1，θ3，θ5時，控制3個H橋依次導通，輸出電壓逐級增加，且波形對稱分布。導通角度的計算可以采用面積等效法進行計算獲得，也就是以階梯波與橫軸的面積等于正弦波與橫軸的面積為準則。如果計算得到的導通角為θ1，θ3，θ5，在正半周期內(nèi)，在[θ1，π-θ1]，[θ3，π-θ3]，[θ5，π-θ5]區(qū)間3個H橋分別導通輸出正向電壓。負半周期導通方式與正半周期類似，輸出負電壓疊加，其余時間各H橋則輸出零電壓。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201809/388670.htm
2．2 電流環(huán)捏制
前文介紹了前3個H橋的控制方式，為了保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓相位一致，需在第4個H橋引入電流環(huán)控制。如圖2所示的級聯(lián)式逆變器電流環(huán)控制系統(tǒng)中：前級DC-DC電路的最大功率跟蹤控制決定直流側(cè)電壓參考值UDC(ref)，此參考值與實際直流側(cè)電壓值UD的差值通過PI調(diào)節(jié)器決定并網(wǎng)電流的幅值指令，該幅值指令與電網(wǎng)電壓的相位正弦值sinωt相乘，得到電流調(diào)節(jié)器的參考值(Iref)，此參考值與實測電流值誤差通過電流控制器得到的PWM信號，再通過驅(qū)動電路去控制第4個H橋的開關(guān)管，電流控制器是基于PR調(diào)節(jié)器進行設計而得到的。級聯(lián)式逆變器電流環(huán)控制流程圖如圖4所示，其中電流控制器部分的設計思路為：電流參考值與實測電流值誤差通過PR調(diào)節(jié)器得到的信號，與電網(wǎng)側(cè)電壓以及前3級輸出疊加階梯波電壓的運算值作為第4個H橋的調(diào)制波信號，然后將此信號與三角載波比較生成的PWM信號來控制第4個H橋的開關(guān)管。圖4中PR調(diào)節(jié)器采用其改進形式為：
選擇PR調(diào)節(jié)器的好處是：選擇合適的參數(shù)(ωc)得到更好地控制調(diào)節(jié)器性能，對于ωc的選擇，可以得到不同的基頻處增益，以滿足對于穩(wěn)定性的要求。
3 基于級聯(lián)式逆變器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真研究
本文仿真是基于級聯(lián)式逆變器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的Matlab／Simulink仿真。Matlab版本為Matlab R2012a，基于上文所描述的控制方式，通過選擇合適的參數(shù)進行仿真。部分參數(shù)的選擇為：并網(wǎng)電感4 mH，PR調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇為：KP=0．2，ω=314 rad／s，KI=20，ωc=10，PI調(diào)節(jié)器參數(shù)比例系數(shù)取0．4，假設標準光照環(huán)境下光伏電池DC取36 V，DC-DC升壓電路占空比取0．64。主電路采用4級級聯(lián)的方式，電網(wǎng)有效值220 V，頻率50 Hz。設定強弱光照下并網(wǎng)電流參考值幅值分別為30 A，20 A，得到的仿真波形分別如圖5、圖6所示。
由圖5、圖6可以得知：在此種控制方式下，不管光照強度如何，并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同相位，能夠進行并網(wǎng)，驗證了前文所述控制方式的可行性。
4 結(jié)語
級聯(lián)式逆變器其輸出的波形接近正弦波，具有更小的諧波，采用階梯波控制與電流環(huán)控制方式能夠在強弱光照下進行很好的并網(wǎng)。Matl ab／Simulink仿真分析驗證此種方法的正確性。同時由于多個獨立電源的串聯(lián)，開關(guān)管的耐壓與du／dt只取決于與之并聯(lián)的直流電源，將會減小。這些都能很好地解決傳統(tǒng)的單級式或多級式太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上一些不足，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。
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