光伏并網逆變器控制策略的研究

張君 羅繼東

摘? ?要：為了提高光伏電源逆變器并網對配電網電壓的影響，并給出合理的分布式光伏并網規劃方案，針對輸出電能穩定性建立雙環控制策略，利用仿真軟件PSCAD/EDC進行了建模和仿真并以此組建了整個光伏微電網系統模型。用雙環控制對控制策略進行了優化，使光伏發電系統進過逆變器輸出功率最大。通過仿真實驗，該仿真分析結果可為光伏發電控制系統系統優化及規劃建設提供科學的參考依據。

關鍵詞：光伏電源? 逆變器? PSCAD/EDC? 雙環控制策略? 最大功率輸出

中圖分類號：TM 914? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0115-04

Abstract：In order to improve the impact of grid-connected photovoltaic power supply inverters on the voltage of distribution network， a reasonable distributed photovoltaic grid-connected planning scheme is proposed. A dual-loop control strategy is established for the stability of output power. The whole photovoltaic micro-grid system model is established by using simulation software PSCAD/EDC. The control strategy is optimized with double-loop control to maximize the output power of photovoltaic power generation system through the inverter. Through simulation experiments， the simulation results can provide a scientific reference for the optimization and planning of photovoltaic power generation control system.

Key Words：Photovoltaic Power Supply; Inverter; PSCAD/EDC; Double-loop control strategy;Maximum power output

1? 引言

隨著全球能源短缺和環境污染的日益惡化，分布式光伏發電以其資源豐富、清潔無污染等優勢得到了國家能源政策的扶持和社會的廣泛關注[1]。隨著光伏發電多個容量的不斷接入，光伏逆變器控制策略研究尤為重要，提高控制的內外淮控制，隨著容量增加對光伏發電逆變器對電網系統參數電能指標影響越來越明顯[2-3]。

2? 光伏逆變器雙環控制策略數學模型

光伏并網逆變器逆變器控制策略主要研究分為內環電流控制和外環電壓控制;其中，內環電流控制主要用于實現逆變器交流側電流波形和相位的直接控制，來實現快速對參考電流完成跟蹤的目的。外環電壓控制根據控制目標可以實現定直流電壓控制、定有功功率控制、定無功功率控制和定交流電壓控制等控制目標。

逆變器電網電壓定向的矢量控制，要實現逆變器有功功率﹑無功功率的控制，關鍵在于Id、Iq的控制，在靜止dq坐標系下，建立三相并網發電系統數學模型，dq坐標系下的并網發電系統數學模型，研究根據基爾霍夫電壓方程，得：

（1）

其中，令矢量，x為對應的物理量，下標a、b、c表示各相向量，而。 式中，L為濾波電感，R為電感的寄生電阻。利用Clark變換將三相靜止坐標系下的系統模型轉化為兩相靜止坐標系下的系統模型，Clark變換滿足[4]：

（2）

式中，T表示變換矩陣，

為αβ兩相靜止坐標系下矢量，。

對式（1）與（2）進行聯立，可得：

（3）

利用Park變換將兩相靜止兩相靜止α北塔坐標系下坐標系下的系統模型轉化為兩相旋轉dq坐標系下的系統模型，即：

表示變換矩陣? （4）

將上式（3）與（4）聯立，可得，

式中，

因此，dq坐標下，三相并網系統的模型為[5]：

（6）

從（5）與（6）可以看出，dq軸中存在耦合關系，而為了實現d、q軸間的解耦，因為易于實現等優點，本文引入前饋解耦的方法，實現dq軸的解耦控制。對Id和Iq進行比例積分調節時，使得[6]：

（7）

通過（7）式可知，系統引入前饋控制量，使得（6）式模型中的耦合項進行相互消除，從而實現解除耦合的目的。如下式所示[7]：

（8）

由（8）分析可以得到，基于電壓定向的矢量控制系統結構圖1，讓無功電流的給定值;從而使得功率因數為1，滿足并網的需要[8]。根據需要輸出的有功功率大小，對有功電流的給定值大小進行設定，利用電壓、電流傳感器檢測三相電網電壓eabc與三相并網電流iabc，通過同步鎖相環與坐標變換，將同步旋轉坐標系中的直流分量Id與Iq給定值進行比較，并用PI控制器來調節。然后引入狀態反饋與電網電壓前饋環節進行解耦，輸出量經過坐標逆變換得到三相調制波，通過SPWM調制實現逆變器的并網控制。通過電壓電流雙環控制方式實現本系統的控制，在直接電流的控制下，采用基于電網電壓定向的矢量控制方案，保證系統以單位功率因數并網運行[9]。