基于分布式電源并網(wǎng)逆變器控制策略與仿真研究

　　（3）當光照強度發(fā)生變化（由于在短時間內(nèi)，環(huán)境溫度的變化對系統(tǒng)輸出功率的變化影響不大，可以忽略），即輸出電壓Umax時的輸出功率P1與之前的Pmax之間差值超過一定閾值△P時，若P1>Pmax,說明光照強度增加了，MPP處的輸出電壓也相應增大了，所以此時應啟動按增加光伏電池陣列輸出電壓的方向用過山車法尋找MPP程序。

　　2 分布式電源并網(wǎng)逆變器仿真

　　2.1 DC-DC直流升壓PID控制仿真

　　作為直流母線400 V電壓必須具有一定的穩(wěn)定性，不應該隨著負載的變化或電池電壓的改變而產(chǎn)生波動。因此必然需要用到反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應。

　　針對DC-DC直流母線硬件結(jié)構(gòu)以及控制方式對被控模型進行數(shù)學建模，由于PWM裝置的數(shù)學模型與晶閘管裝置一樣，在控制系統(tǒng)中的作用也一樣。因此，當開關頻率為10kHz時，T=0.1 ms,在一般電力自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似一個一階慣性環(huán)節(jié)，故其傳遞函數(shù)為：Ws（s）≈Ks/（TS+1） （5）

　　這與晶閘管的傳遞函數(shù)完全一致。但需要注意，式（5）是近似的傳遞函數(shù)，實際上PWM變換器不是一個線性環(huán)節(jié)，而是具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)。繼電控制系統(tǒng)在一定條件下會產(chǎn)生自激振蕩，這是采用線性控制理論的傳遞函數(shù)不能分析出來的。根據(jù)式（5）結(jié)合本設計開關頻率10 kHz可以建立被控對象數(shù)學模型為：Ws（s）≈（400/9）/（1e-4+1） （6）

　　如圖1（a）為進一步進行PID參數(shù)整定后的PID輸出電壓響應曲線，可以看出即使在外界認為施加干擾的情況下PID調(diào)節(jié)器輸出電壓還保持在許可范圍內(nèi)。圖1（b）所示為進一步進行PID參數(shù)整定后直流母線電壓響應曲線?？梢钥吹郊幢阍谕饨缯J為施加干擾的情況下直流母線電壓仍可自動穩(wěn)定在400V的要求電壓。這能為后續(xù)的SPWM逆變并網(wǎng)提供穩(wěn)定的直流母線電壓；而由于硬件電路限制，由于PID控制一推挽電路，而該推挽電路僅可提供0~12V的調(diào)節(jié)，考慮這一點所設計出來的PID調(diào)節(jié)器輸出在0~12V范圍之內(nèi)。 2.2 逆變并網(wǎng)器并網(wǎng)仿真

　　逆變并網(wǎng)是將逆變器所產(chǎn)生的正弦電壓，在同頻同相同幅的情況下進行并網(wǎng)。并通過鎖相環(huán)調(diào)節(jié)并網(wǎng)電壓以及電流，使它們達到同相，改善電能質(zhì)量，從而提高傳統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。針對這一點，本設計建立元件級Simulink仿真。能有效減少失誤率，提高并網(wǎng)可靠性，因此建立該仿真模型是很有必要的。模型中設計了相應的PID調(diào)節(jié)器，并對MPPT算法進行編寫相應S函數(shù)。

　　太陽能電池的伏安特性如圖2（a）所示，它表明在某一確定的日照強度和溫度下，太陽能電池的輸出電壓和輸出電流之間的關系，簡稱V-I特性。從V-I特性可以看出，太陽能電池的輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)近似恒定，在接近開路電壓時，電流下降率很大。

　　由圖2（a）可知，該伏安特性曲線具有強烈的非線性。太陽能電池的額定功率是在以下條件下定義的：當日射S=1 000 W/m2,太陽能電池溫度T=25℃時，太陽能電池輸出的最大功率便定義為他的額定功率。太陽能電池額定功率的單位是“峰瓦”,記以“Wp”.相應日射強度下太陽能電池輸出最大功率的位置，稱為“最大功率點”.根據(jù)Matlab提供的太陽能電池板模型的輸出特性曲線可知當前條件下，最大功率點為241.8V時輸出2083W.經(jīng)過MPPT算法后，太陽能輸出電壓自動跟蹤輸出時最大功率點時的對應電壓，而其亦以最大功率穩(wěn)定輸出。即輸出為238.7V時，功率為2084W.對比之前實際太陽能電池板最大功率點數(shù)據(jù)，最大功率點為241.8V時輸出2083W.可以看出該算法基本能跟蹤太陽能電池板的最大功率點。

　　3 結(jié)論

　　本文針對分布式電源并網(wǎng)過程中的直流升壓、同步鎖相、逆變并網(wǎng)動態(tài)過程，研究了基于電網(wǎng)特點的FIR數(shù)字濾波、交流采樣和穩(wěn)定直流母線電壓的數(shù)字PID控制器等技術(shù)，提出了相應的控制策略并進行Simulink動態(tài)仿真，研究工作對分布式電源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設計理論上具有一定指導作用。