小功率光伏并網逆變器控制系統的設計

劉 芳 龔鳴敏 王蓉霞

(武漢鐵路司機學校，湖北 武漢 430064)

0 引言

隨著能源短缺和環境污問題日益嚴峻，開發一種儲量大、無污染的新能源，已經成為世界各國的重要戰略目標。太陽能取之不盡、用之不竭、無處不在、無需運輸，可再生并且清潔環保，最重要的是絕對沒有任何國家可以實施壟斷和控制，因此使得人類廣泛的應用[1]。

本文研究和設計光的伏并網逆變器以最大限度利用太陽能并將高質量電能并入電網作為主要目標，根據小型民用并網單相逆變器的特點，我們采用的并網逆變器為Boost升壓型拓撲結構，即由DC/DC直流斬波器和DC/AC逆變器兩部分組成。DC/DC直流斬波器采用BOOST升壓電路，其結構簡單并且控制方便。DC/AC逆變器采用電壓型單相全橋逆變器，其拓撲結構穩定，同時能將直流電轉換成220V/50Hz正弦交流電，實現并網向電網輸送功率。

1 系統控制方案框圖

主電路采用前級DC/DC直流斬波器和后級的DC/AC逆變器的兩級結構，前級 DC/DC直流斬波器采用BOOST升壓電路；后級DC/AC變換器采用電壓型全橋逆變器，主要功能是實現輸出并網電流完全可控，并控制直流母的線電壓穩定同時高于電網電壓峰值，控制系統采用了外環為電壓環，內環為電流環的雙閉環控制。為了提高系統控制性能，加快瞬態響應及控制精度，控制系統設計時加入了兩個輔助控制環節，即功率閉環控制及電網電壓前饋控制。這里采用三角波比較的方式對并網輸出電流進行控制，同時為了使并網電流完全可控，必須保證直流母線電壓穩定且高于電網電壓峰值[2]。因此，后級的控制方案采用外環為電壓環，內環為電流環的雙閉環控制，外環用以控制直流母線的電壓穩定；內環用以控制并網輸出電流按給定值變化，同時加入了電網前饋控制是為了減少電網電壓的影響，下圖1為系統控制結構框圖。

圖1 系統方案框圖

2 仿真分析

根據系統結構框圖，搭建仿真模型，文中小功率光伏發電系統的功率等級為1KW，給定電流最大值為6.5A。本文中單相光伏并網系統逆變器的DC/AC仿真波形[3]，圖2為給定電流的波形，圖3為并網電流的波形。

從圖2、圖3可以看出并網的電流可以很好的跟蹤給定電流，輸出的電流波形為正弦波。且并網電流和電網電壓保持同相位，使光伏并網逆變器電能的輸出功率因數接近于1說明并網實現向電網功率輸送，以上結果均滿足了本設計的要求。

圖2 給定電流的波形圖

圖3 并網電流的波形

3 結論

本文研究、設計的光伏并網逆變器，經過多次仿真驗證證明控制方案是非常可行的，完全可以通過光伏并網發電系統把太陽能直接轉化為電能，經轉換電路，把電能并入電網。并且光伏并網逆變器電能的輸出功率因數接近于1，完全滿足設計的要求。

[1]張興，曹仁賢.太陽能光伏并網發電及其逆變控制[M].北京：機械工業出版社，2010:1-7.

[2]單琳.單相光伏并網發電系統的研究[D].西安理工大學，2010:1-3,18-21.

[3]洪乃剛.電力電子、電機控制系統的建模和仿真[M].北京：機械工業出版社，2010:132-136.