光伏發電并網逆變器供電穩定性控制研究

李凱晗

（廣西大學 電氣工程學院，廣西 南寧 530000）

0 引 言

隨著社會經濟的發展，傳統能源日益減少，世界各國越來越重視太陽能源的開發和利用。就目前國內外的研究而言，提出的控制方法還無法解決系統穩定性差和并網電流諧波含量高的問題。因為單相光伏并網逆變系統為非線性系統，不容易控制，所以選擇采用非線性自抗擾控制器和PI控制器分別對電壓uc和并網電流進行控制。該控制策略滿足并網條件，能把逆變器輸出電流的THD控制在5%以下，即使受到干擾也能快速恢復正常狀態，抗干擾能力更強[1]。

1 逆變器模型

在單相并網逆變器中，直流側輸入電壓udc由LCL濾波器及DC/AC全橋逆變器組成。逆變控制技術作為逆變器中最關鍵的部分，電壓源輸入和電流源輸入是逆變部分采取的控制方法[2]。單相并網逆變器的控制結構如圖1所示。

由圖1可得，直流側數學模型為：

LOL濾波器的數學模型為：

圖1 光伏并網逆變器結構圖

逆變器模型為：

其中，uc為電容Cdc的兩端電壓，光伏板電流升壓后的輸出電流為ie，直流側母線電流為id，L1流過電流為i1，并網電流為is，電容C1兩端的電壓為vc1，逆變器輸出電壓為vinv，并網電壓為vout。

2 并網控制系統設計

2.1 雙閉環控制系統

如圖2所示，為前級升壓后的直流側電壓。在改進的控制策略下，系統控制過程為：將作為參考電壓，經過ADRC調節與控制得到相應的內環電流；與鎖相環檢測到的電網電壓的相位sinθ相乘，乘積的結果即電流環的參考電流；全橋逆變器通過脈寬調制驅動，諧波干擾通過LCL濾波器濾除，從而實現并網控制，并入電網電流。

圖2 ADRC和PI相結合的光伏并網逆變器控制圖

簡化的被控對象為：

過渡過程設計中采用的一階跟蹤微分器不僅要快速跟蹤目標，還要使跟蹤信號不能超調并保持穩態值，表達式為：

式中v1為跟蹤微分器輸入，r為反映TD變化規律的特征參數，α0為fal函數中的非線性因子，δ0為控制參數。

2.2 電流內環PI控制器的設計

圖3 內環PI控制器的結構框圖

通過圖3可以看出，該內環控制系統的開環傳遞函數為：有很多方法可以對PI控制器的參數進行整定，首先采用“振蕩指標法”獲得一組參數，然后在一定范圍內對這組參數做細微調整，在保證系統有較高動態性能的同時，具備一定的穩態精度。式（11）為典型的Ⅱ型開環傳遞函數，所以有：

此時引入變量h，有：

其中，wc為開環系統截止頻率。最小的閉環幅頻峰值為：

系統閉環傳函的幅頻特性的峰值為Mr，即Mr=(h+1)/(h-1)。經驗表明：當Mr的值處于1.2～1.5、h值處于5～10時，系統具有好的動態性能，所以在此選擇Mr為1.35，h為6.7。根據式（14）可得出T=0.59×10-4，并且通過以上公式的推導可以得出T=3.953×10-4，k0=0.246 4×108。此外，通過計算可以得到ki=246.4，kp=0.097。考慮到整個控制性能會受到參數的影響，通過大量的計算和實驗，電流諧波在滿足入網含量最低時，確定控制系統的參數為K=0.003 2，T=0.000 01。

3 結 論

針對傳統控制器容易受非線性不確定因素影響導致并網電流總諧波失真及系統穩定性差的問題，提出了外環自抗擾控制內環PI控制的雙閉環控制策略[3]。該控制系統受到干擾時能快速恢復穩定，抗干擾能力強。此外，在實際生活中對光伏并網逆變系統進行控制時，應考慮不同阻值的線路對并網電流諧波含量的影響。