弱電網(wǎng)下光伏并網(wǎng)逆變器模糊自適應(yīng)控制的研究

儲召旭

摘 要：LCL型光伏并網(wǎng)逆變器在弱電網(wǎng)下，電網(wǎng)阻抗的增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。為增強弱電網(wǎng)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，文章提出了適用于電網(wǎng)阻抗變化的模糊自適應(yīng)控制方法，實時調(diào)整光伏并網(wǎng)逆變器的電流控制器參數(shù)以及電容電流反饋系數(shù)，以適應(yīng)電網(wǎng)阻抗變化，提高弱電網(wǎng)情況下的系統(tǒng)相位裕度，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：弱電網(wǎng)；模糊自適應(yīng)控制；相位裕度

中圖分類號：TM464 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0025-02

Abstract： For the LCL photovoltaic （PV） grid-connected inverter in the weak grid， as the grid impedance increases， the system stability is reduced. In order to enhance the stability of the system under the weak current network， a fuzzy adaptive control method for the impedance change of the grid is proposed. The parameters of the current controller and the feedback coefficient of the capacitance current of the photovoltaic grid-connected inverter are adjusted in real time， so as to adapt to the power grid impedance changes， improve the system phase margin （PM） in the case of weak power network， and ensure the stable operation of the system.

Keywords： weak grid； fuzzy adaptive control； phase margin （PM）

引言

隨著全球能源需求日益增大，人們對以太陽能、風(fēng)能、潮汐能等新能源為核心的分布式發(fā)電技術(shù)越發(fā)重視，智能電網(wǎng)的概念深入人心。光伏并網(wǎng)逆變器作為分布式電網(wǎng)的重要組成部分，也成為研究的熱門[1]。光伏并網(wǎng)逆變器的控制性能直接影響到并網(wǎng)電流的輸出質(zhì)量。準PR控制對于頻率波動的電網(wǎng)具有一定的抗干擾能力，同時可以消除某一頻率上的穩(wěn)態(tài)誤差，所以有較為廣泛的應(yīng)用。在弱電網(wǎng)的情況下，由于弱電網(wǎng)下并網(wǎng)阻抗的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。本文提出適用于弱電網(wǎng)下的自適應(yīng)控制方法，以改善弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器的運行狀態(tài)，保證高質(zhì)量的并網(wǎng)輸出電流。

1 并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型

本文采用單相電容電流反饋方式的有源阻尼控制方式，其數(shù)學(xué)模型如圖1。Gi（S）為準PR控制器，ug為并網(wǎng)電壓，L1、C、L2分別為逆變器的濾波結(jié)構(gòu)中的逆變器側(cè)電感，濾波電容，并網(wǎng)側(cè)電感，Lg為并網(wǎng)側(cè)的電網(wǎng)阻抗。Kc、Ki分別為并網(wǎng)電流與電容電流反饋系數(shù)。

由電容電流反饋方式的有源阻尼控制數(shù)學(xué)模型[2]可以得到并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)開環(huán)增益為：

2 準PR控制

基于內(nèi)模原理的PR控制器可以對特定頻率的正弦信號進行無靜差追蹤。而PR控制對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)電壓頻率較為敏感，且現(xiàn)實中也不易于實現(xiàn)，故改善為準PR控制，其系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：

3 模糊自適應(yīng)控制

本文提出的光伏并網(wǎng)逆變器的模糊自適應(yīng)控制，控制方式主要是讓PR控制器的比例系數(shù)，諧振系數(shù)以及電容反饋系數(shù)能夠依據(jù)指令電流與并網(wǎng)電流之間的誤差值以及誤差的變化率，實現(xiàn)在線調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)阻抗變化時的并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[4]。

4 仿真與分析

為了驗證本文提出的自適應(yīng)方法的可行性，本文借助Matlab/Simulink仿真平臺分析模擬弱電網(wǎng)與強電網(wǎng)的不同電網(wǎng)阻抗下，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性分析。仿真平臺的系統(tǒng)各基本參數(shù)：電網(wǎng)電壓有效值為220V，直流輸入電壓為360V，開關(guān)頻率為10kHz，逆變器側(cè)電感為600μH，濾波電容10μF，網(wǎng)側(cè)電感為150μH，電網(wǎng)感抗3mH。

圖2所示的是傳統(tǒng)準PR控制下，系統(tǒng)沒有自適應(yīng)過程，幅值裕度為9.84dB，相位裕度為13.2deg。此時系統(tǒng)的相位裕度較小，無法滿足較好的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)。

圖3所示為加入模糊自適應(yīng)控制后的系統(tǒng)波特圖，此時幅值裕度為4.06dB，相位裕度為45.5deg。幅值裕度大于3dB保證了系統(tǒng)的魯棒性，而且相位裕度大于45deg，此時系統(tǒng)有較好的動態(tài)響應(yīng)。

圖4為改進的模糊自適應(yīng)控制下的并網(wǎng)電流波形，仿真在0.1s時切換為半載運行，系統(tǒng)半載運行時THD為0.62%，滿足高質(zhì)量并網(wǎng)電流的要求。

5 結(jié)束語

本文針對弱電網(wǎng)下，電網(wǎng)阻抗增大，導(dǎo)致系統(tǒng)相位裕度降低，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)較差的問題，提出基于電容電流反饋有源阻尼方式的模糊自適應(yīng)控制方法，使系統(tǒng)能夠在線調(diào)整參數(shù)保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并通過仿真驗證方法的正確性，因此具有一定的理論研究意義。

參考文獻：

[1]張久亮，郭前崗，周西峰.光伏并網(wǎng)逆變器準比例諧振控制仿真研究[J].電測與儀表，2013，50（02）：68-72.

[2]潘冬華，阮新波，王學(xué)華，等.增強LCL型并網(wǎng)逆變器對電網(wǎng)阻抗魯棒性的控制參數(shù)設(shè)計[J].中國電機工程學(xué)報，2015，35（10）：2558-2566.

[3]胡曉青，程啟明，王映斐，等.基于自整定Fuzzy-PI控制的電流跟蹤型光伏并網(wǎng)逆變器[J].太陽能學(xué)報，2013，34（06）：959-966.

[4]姚鑫，羅曉曙，廖志賢，等.光伏并網(wǎng)逆變器模糊準PR控制仿真研究[J].電測與儀表，2014，51（19）：86-91.