一種單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略
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單相光伏并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電流均為工頻正弦變量，其輸出有功功率表現(xiàn)為2倍工頻的正弦變量，這樣實際母線電容就有相同頻率的紋波電壓。因此母線電壓控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生的參考電流幅值就不是一個標準的直流變量，也含有2倍頻交變分量，電流基準給定信號就不是標準的正弦波，因此會導致實際并網(wǎng)電流波形THD升高。
另一方面，市電電網(wǎng)電壓包含大量的低次和高次諧波，實際用電負荷的突變還會導致電網(wǎng)電壓隨機波動。電流環(huán)中沒有考慮到電網(wǎng)電壓ug對電流波形的影響。
設igref與ig的誤差信號為ie，則ie=igref-ig，差分方程為：die／dt=digref／dt-dig／dt。若不考慮開關(guān)頻率諧波分量的影響，有：
Lfdig／dt=uAB1-ug (1)
式中：Lf為輸出濾波電感；uAB1為橋臂輸出側(cè)基波分量。
設ie接近零，可得die／dt=digref／dt-(uAB1-ug)／Lf=0。根據(jù)逆變器調(diào)制原理可得：
uAB1=Udcum／Utri (2)
式中：um為逆變器正弦調(diào)制信號；Utri為三角載波幅值。
整理可得：
um=Lf(Utri／Uref)d[(Uref／Udc)igref]／dt+(Utri／Udc)ug (3)
(Uref／Udc)igref說明母線電壓的紋波影響并網(wǎng)電流，(Utri／Udc)ug說明電網(wǎng)電壓對電流控制也有影響。所以單純采用雙PI控制在實際電路中很難滿足并網(wǎng)逆變器THD5％的要求。根據(jù)式(3)可知，若增加Udc／Uref乘以電網(wǎng)電壓作為前饋補償，就可消除電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的影響。
4 電壓外環(huán)PR調(diào)節(jié)
單純采用雙PI控制時，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能，電壓環(huán)環(huán)寬一般都設為200～500 Hz，即使加入母線紋波補償，也無法完全抑制100 Hz紋波對并網(wǎng)電流的影響。若采用PR調(diào)節(jié)器作為電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器，則可很好地抑制母線紋波對并網(wǎng)電流的影響，同時可保證系統(tǒng)動態(tài)系能，即有：
Gc(s)=Kp+Kr(s2+ω2)／[s2+(ω／Q)s+ω2] (4)
5 單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略
一般單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器采用前后級分開控制的方法，當系統(tǒng)功率隨著MPPT控制不斷變化時，首先體現(xiàn)為母線電容的電壓變化然后通過后級控制改變并網(wǎng)電流。
下面提出一種新的系統(tǒng)控制策略，其核心思想是根據(jù)前級MPPT的功率先預置一個逆變的參考電流幅值，然后經(jīng)一個比例控制器確定最終的逆變參考電流。這個比例控制器是母線采樣電壓與參考電壓(一般380V)的比值。這樣當前級MPPT調(diào)節(jié)功率變化時，可直接體現(xiàn)為后級參考電流的變化，并通過母線電壓的比例控制器將母線電壓穩(wěn)定在參考值附近。
不考慮紋波，若母線電壓均值大于或小于參考值，則會相應調(diào)高或降低逆變的參考電流，使母線電容進行相應的充放電，母線電壓保持在參考電壓附近，以保證前后級功率平衡，起到穩(wěn)壓作用。對于母線紋波，通過母線電壓控制器，不僅穩(wěn)住母線電壓，而且抑制了母線紋波對并網(wǎng)電流的影響，還使后級實現(xiàn)了單電流環(huán)控制，控制更簡單。其控制原理如圖4所示。
6 Saber仿真驗證
在Saber中搭建如圖1的仿真模型，母線參考電壓380 V，系統(tǒng)工作在額定功率3 kW，前級采用導納增量法實現(xiàn)MPPT并升壓。
Boost輸出電壓(母線電壓)一直穩(wěn)定在380V附近，采用雙PI控制方法時的波形如圖5a所示。由圖可見，母線電壓存在100 Hz的脈動紋波；單純的雙PI控制逆變并網(wǎng)電流波形存在明顯畸變，THD=4．63％。當系統(tǒng)功率變化時，0．45 s開始功率從3 kW變化到0．5 s時的1．9 kW，母線電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5b所示。可見，母線電壓穩(wěn)定在380 V附近，有100 Hz的脈動紋波。并網(wǎng)電流不是很理想，當功率從3 kW變化到1．7 kW時，母線電壓有一個先減小然后增加的調(diào)節(jié)過程。
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