淺析三相光伏并網逆變器的控制技術

胡 品（深圳天祥質量技術服務有限公司廣州分公司,廣州 510663）

淺析三相光伏并網逆變器的控制技術

胡 品
（深圳天祥質量技術服務有限公司廣州分公司,廣州 510663）

摘 要：作為光伏并網系統的關鍵組成部分，三相光伏并網逆變器的良好控制對于保證光伏并網系統能量轉換的有效性具有重要作用。本文首先介紹了三相光伏并網逆變器的控制指標，然后具體探討了三相光伏并網逆變器的控制策略及技術，以期為相關技術與研究人員提供參考。

關鍵詞：三相光伏并網逆變器；控制；技術

作為太陽能利用的一種有效方法，太陽能光伏發電是利用太陽能電池將光能轉變成電能的發電手段。太陽能光伏發電可克服原材料、能源資源及應用環境的約束，且能依靠技術進步成為一項重要的可再生能源技術。在光伏并網發電系統內，光伏并網逆變器主要用于系統的能量轉換，其控制策略將直接決定整體光伏并網系統能否良好運行。因此，加強有關三相光伏并網逆變器的控制研究，對于改善光伏并網系統運行質量具有重要作用。

1　三相光伏并網逆變器控制指標

（1）并網電流諧波：若逆變器輸出電流包含過多諧波，不但會抑制系統工作效率，且會影響電能質量。所以，依據有關標準，光伏并網逆變器在設定功率下，電流總諧波畸變率應控制在5%以下，而奇次諧波的畸變率應在4%以下，偶次諧波的畸變率應在2%以下。

（2）額定輸出容量：也就是功率等級。當前光伏逆變器的通用容量一般在幾百W到1000kW以上，能夠用于不同的應用標準。

（3）逆變器效率：當前大功率的基本效率一般在90%以上，更高功率的效率在大于95%，小功率逆變器的效率也應不小于85%[1]。

（4）功率因數：在光伏逆變器的輸出有功高于額定功率的一半時，功率因數應在0.98以上，而當輸出有功在額定功率的20%～50%時，功率因素應在0.95以上。

（5）可靠性：在應用時，為有效克服各類異常問題，光伏逆變器應具有完善的自動保護功能，通常為：1）直流過壓保護：在直流側輸入電壓大于逆變器高限直流電壓時，逆變器應避免啟動或中止運行，且應輸出報警提示，在直流側電壓降低至合理范圍后，逆變器應能恢復啟動。2）逆變器過載保護：在光伏陣列輸出功率高于逆變器高限直流側輸出功率時，逆變器應能智能限流以保證逆變器在高限功率范圍內工作，對于配備最大功率追蹤功能的逆變器，在實施過載保護時期應選用使工作點遠離最高功率點的方式。3）交流短路保護：在逆變器運行過程中，若交流側發生短路，逆變器應能探測出短路故障并中止對電網供電，短路保護動作時間應控制在0.5s以內。若在1分鐘內探測到2次以上的交流側短路問題，逆變器應禁止再次并入電網。4）電網電壓過欠頻：在電網電壓頻率高于限定頻率范圍時，逆變器應在設定時間內中止總做，同時輸出報警提示。在電網頻率降至規定頻率范圍時，逆變器能恢復啟動。

2　三相光伏并網逆變器控制策略及技術

依據三相逆變器在不同坐標系內的數學模型，可在同步旋轉dq坐標系、兩相靜止αβ坐標系及三相靜止ABC坐標系內實施控制。

2.1 同步旋轉dq坐標系下三相光伏并網逆變器控制

在同步旋轉dq坐標系內，基于電網電壓定向控制技術為通常控制方法。根據電網電壓定向控制過程，三相電感電流在經過αβ/dq和abc/αβ轉換后形成兩相直流量，在對相應指令信號對照后利用電流內環控制過程調配形成兩相調制信號，最終利用αβ/dq和abc/αβ再轉換生成三相調制信號[2]。

采用電網電壓定向控制方法，在同步旋轉dq左邊內實施三相逆變器控制，可實現功率瞬時控制，因d軸電流與有功功率匹配，q軸電流與無功功率匹配，利用對d軸與q軸電流的調控便能完成對有功功率和無功功率的解耦控制，進而實現對功率因數的調整控制。另外，在進行坐標轉換后，可將三相交流量轉換成兩相直流量，這方便實施控制器設計，因指令信號采用直流量，利用一個PI調節器便可有效完成穩態無誤差。

2.2 兩相靜止αβ坐標系下的三相并網逆變器控制

一般而言，組合式三相逆變器在兩相靜止αβ坐標系下可保持獨立，因此可選用兩相獨立的控制技術。選用電流單閉環控制，內環電流指令設定為正弦信號，利用對鎖相方法采集電網頻率及相位信息，被控對象選擇三相電感電流，利用abc/αβ變換器將其轉換為兩相量，然后與指令值對比，使用內環電流控制器對比較誤差進行調整獲取兩相控制信號，再經αβ/abc變換形成三相調制波，通過單級倍頻SPWM進行各自調制后得到12路開關驅動信號。

在當前應用研究中，兩相靜止αβ坐標系下控制采用的電流控制器多為PR諧振控制器與PI控制器。PR諧振控制器在諧振頻率方面可獲得更高效率，而在非諧振頻率方面效率低下，若把諧振頻率改設成正弦參考信號頻率，則可有效實現穩態無誤差，但該控制器的數字實現過程難度要比PI控制器更大。PI控制器相對算法簡練，便于數字實現且具有較高的可靠性，在實際使用中應用相對廣泛，但此種控制器在正弦參考信號方面殘留穩態誤差，且在部分對電流環動態相應有較高要求的狀態下，其跟蹤速度較差。所以實際應用中可采用無差拍控制策略。無差拍控制策略的基本理念是在單個控制周期內使控制量滿足設定值，因此其具有更快的動態響應速度。

2.3 三相靜止ABC坐標下的三相并網逆變器控制

因在三相靜止ABC坐標下組合式三相逆變器具有獨立性，可選用三相完全獨立的控制方法。選用電流單閉環控制，內環電流指令設定采用正弦信號，利用鎖相過程采集電網頻率及相位信息，把三相電感電流選定為被控對象，利用內環電流控制器調整后獲得相應的三相調制波，使用單級倍頻SPWM進行單獨調制后即可獲取12路開關驅動信號[3]。

3　結束語

三相光伏并網逆變器的控制質量將直接關系著光伏并網系統的運行質量及經濟效益，因此，相關技術與研究人員應加強有關三相光伏并網逆變器的控制技術研究，總結三相并網逆變器控制策略及關鍵技術方法，以逐步提升三相并網逆變器的控制水平。

參考文獻：

[1]黃天富,石新春,魏德冰,孫玉巍,王丹.基于電流無差拍控制的三相光伏并網逆變器的研究[J].電力系統保護與控制,2012(11):36-41.

[2]竇偉,徐正國,彭燕昌,許洪華.三相光伏并網逆變器電流控制器研究與設計[J].電力電子技術,2007(01):85-86+118.

[3]許頗,張崇巍,張興.三相光伏并網逆變器控制及其反孤島效應[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2006(09):1139-1143.

作者簡介：胡品（1986-），男，安徽安慶人，本科，研究方向：光伏逆變器。