淺析三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)

胡 品（深圳天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司廣州分公司,廣州 510663）

淺析三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)

胡 品
（深圳天祥質(zhì)量技術(shù)服務(wù)有限公司廣州分公司,廣州 510663）

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

關(guān)鍵詞：三相光伏并網(wǎng)逆變器；控制；技術(shù)

作為太陽(yáng)能利用的一種有效方法，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電手段。太陽(yáng)能光伏發(fā)電可克服原材料、能源資源及應(yīng)用環(huán)境的約束，且能依靠技術(shù)進(jìn)步成為一項(xiàng)重要的可再生能源技術(shù)。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)，光伏并網(wǎng)逆變器主要用于系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換，其控制策略將直接決定整體光伏并網(wǎng)系統(tǒng)能否良好運(yùn)行。因此，加強(qiáng)有關(guān)三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制研究，對(duì)于改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量具有重要作用。

1　三相光伏并網(wǎng)逆變器控制指標(biāo)

（1）并網(wǎng)電流諧波：若逆變器輸出電流包含過(guò)多諧波，不但會(huì)抑制系統(tǒng)工作效率，且會(huì)影響電能質(zhì)量。所以，依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，光伏并網(wǎng)逆變器在設(shè)定功率下，電流總諧波畸變率應(yīng)控制在5%以下，而奇次諧波的畸變率應(yīng)在4%以下，偶次諧波的畸變率應(yīng)在2%以下。

（2）額定輸出容量：也就是功率等級(jí)。當(dāng)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

（3）逆變器效率：當(dāng)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(yīng)不小于85%[1]。

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

（5）可靠性：在應(yīng)用時(shí)，為有效克服各類異常問題，光伏逆變器應(yīng)具有完善的自動(dòng)保護(hù)功能，通常為：1）直流過(guò)壓保護(hù)：在直流側(cè)輸入電壓大于逆變器高限直流電壓時(shí)，逆變器應(yīng)避免啟動(dòng)或中止運(yùn)行，且應(yīng)輸出報(bào)警提示，在直流側(cè)電壓降低至合理范圍后，逆變器應(yīng)能恢復(fù)啟動(dòng)。2）逆變器過(guò)載保護(hù)：在光伏陣列輸出功率高于逆變器高限直流側(cè)輸出功率時(shí)，逆變器應(yīng)能智能限流以保證逆變器在高限功率范圍內(nèi)工作，對(duì)于配備最大功率追蹤功能的逆變器，在實(shí)施過(guò)載保護(hù)時(shí)期應(yīng)選用使工作點(diǎn)遠(yuǎn)離最高功率點(diǎn)的方式。3）交流短路保護(hù)：在逆變器運(yùn)行過(guò)程中，若交流側(cè)發(fā)生短路，逆變器應(yīng)能探測(cè)出短路故障并中止對(duì)電網(wǎng)供電，短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)控制在0.5s以內(nèi)。若在1分鐘內(nèi)探測(cè)到2次以上的交流側(cè)短路問題，逆變器應(yīng)禁止再次并入電網(wǎng)。4）電網(wǎng)電壓過(guò)欠頻：在電網(wǎng)電壓頻率高于限定頻率范圍時(shí)，逆變器應(yīng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)中止總做，同時(shí)輸出報(bào)警提示。在電網(wǎng)頻率降至規(guī)定頻率范圍時(shí)，逆變器能恢復(fù)啟動(dòng)。

2　三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略及技術(shù)

依據(jù)三相逆變器在不同坐標(biāo)系內(nèi)的數(shù)學(xué)模型，可在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系、兩相靜止αβ坐標(biāo)系及三相靜止ABC坐標(biāo)系內(nèi)實(shí)施控制。

2.1 同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下三相光伏并網(wǎng)逆變器控制

在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系內(nèi)，基于電網(wǎng)電壓定向控制技術(shù)為通?？刂品椒?。根據(jù)電網(wǎng)電壓定向控制過(guò)程，三相電感電流在經(jīng)過(guò)αβ/dq和abc/αβ轉(zhuǎn)換后形成兩相直流量，在對(duì)相應(yīng)指令信號(hào)對(duì)照后利用電流內(nèi)環(huán)控制過(guò)程調(diào)配形成兩相調(diào)制信號(hào)，最終利用αβ/dq和abc/αβ再轉(zhuǎn)換生成三相調(diào)制信號(hào)[2]。

采用電網(wǎng)電壓定向控制方法，在同步旋轉(zhuǎn)dq左邊內(nèi)實(shí)施三相逆變器控制，可實(shí)現(xiàn)功率瞬時(shí)控制，因d軸電流與有功功率匹配，q軸電流與無(wú)功功率匹配，利用對(duì)d軸與q軸電流的調(diào)控便能完成對(duì)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)功率因數(shù)的調(diào)整控制。另外，在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，可將三相交流量轉(zhuǎn)換成兩相直流量，這方便實(shí)施控制器設(shè)計(jì)，因指令信號(hào)采用直流量，利用一個(gè)PI調(diào)節(jié)器便可有效完成穩(wěn)態(tài)無(wú)誤差。

2.2 兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的三相并網(wǎng)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(biāo)系下可保持獨(dú)立，因此可選用兩相獨(dú)立的控制技術(shù)。選用電流單閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)電流指令設(shè)定為正弦信號(hào)，利用對(duì)鎖相方法采集電網(wǎng)頻率及相位信息，被控對(duì)象選擇三相電感電流，利用abc/αβ變換器將其轉(zhuǎn)換為兩相量，然后與指令值對(duì)比，使用內(nèi)環(huán)電流控制器對(duì)比較誤差進(jìn)行調(diào)整獲取兩相控制信號(hào)，再經(jīng)αβ/abc變換形成三相調(diào)制波，通過(guò)單級(jí)倍頻SPWM進(jìn)行各自調(diào)制后得到12路開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在當(dāng)前應(yīng)用研究中，兩相靜止αβ坐標(biāo)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(shè)成正弦參考信號(hào)頻率，則可有效實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)誤差，但該控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)過(guò)程難度要比PI控制器更大。PI控制器相對(duì)算法簡(jiǎn)練，便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)且具有較高的可靠性，在實(shí)際使用中應(yīng)用相對(duì)廣泛，但此種控制器在正弦參考信號(hào)方面殘留穩(wěn)態(tài)誤差，且在部分對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)相應(yīng)有較高要求的狀態(tài)下，其跟蹤速度較差。所以實(shí)際應(yīng)用中可采用無(wú)差拍控制策略。無(wú)差拍控制策略的基本理念是在單個(gè)控制周期內(nèi)使控制量滿足設(shè)定值，因此其具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

2.3 三相靜止ABC坐標(biāo)下的三相并網(wǎng)逆變器控制

因在三相靜止ABC坐標(biāo)下組合式三相逆變器具有獨(dú)立性，可選用三相完全獨(dú)立的控制方法。選用電流單閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)電流指令設(shè)定采用正弦信號(hào)，利用鎖相過(guò)程采集電網(wǎng)頻率及相位信息，把三相電感電流選定為被控對(duì)象，利用內(nèi)環(huán)電流控制器調(diào)整后獲得相應(yīng)的三相調(diào)制波，使用單級(jí)倍頻SPWM進(jìn)行單獨(dú)調(diào)制后即可獲取12路開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)[3]。

3　結(jié)束語(yǔ)

三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制質(zhì)量將直接關(guān)系著光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)研究，總結(jié)三相并網(wǎng)逆變器控制策略及關(guān)鍵技術(shù)方法，以逐步提升三相并網(wǎng)逆變器的控制水平。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]許頗,張崇巍,張興.三相光伏并網(wǎng)逆變器控制及其反孤島效應(yīng)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(09):1139-1143.

作者簡(jiǎn)介：胡品（1986-），男，安徽安慶人，本科，研究方向：光伏逆變器。