光伏并網(wǎng)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(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，并給出合理的分布式光伏并網(wǎng)規(guī)劃方案，針對(duì)輸出電能穩(wěn)定性建立雙環(huán)控制策略，利用仿真軟件PSCAD/EDC進(jìn)行了建模和仿真并以此組建了整個(gè)光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)模型。用雙環(huán)控制對(duì)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，使光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)過逆變器輸出功率最大。通過仿真實(shí)驗(yàn)，該仿真分析結(jié)果可為光伏發(fā)電控制系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)化及規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光伏電源? 逆變器? PSCAD/EDC? 雙環(huán)控制策略? 最大功率輸出

中圖分類號(hào)：TM 914? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(huán)境污染的日益惡化，分布式光伏發(fā)電以其資源豐富、清潔無污染等優(yōu)勢(shì)得到了國家能源政策的扶持和社會(huì)的廣泛關(guān)注[1]。隨著光伏發(fā)電多個(gè)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(nèi)外淮控制，隨著容量增加對(duì)光伏發(fā)電逆變器對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)電能指標(biāo)影響越來越明顯[2-3]。

2? 光伏逆變器雙環(huán)控制策略數(shù)學(xué)模型

光伏并網(wǎng)逆變器逆變器控制策略主要研究分為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制;其中，內(nèi)環(huán)電流控制主要用于實(shí)現(xiàn)逆變器交流側(cè)電流波形和相位的直接控制，來實(shí)現(xiàn)快速對(duì)參考電流完成跟蹤的目的。外環(huán)電壓控制根據(jù)控制目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)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(biāo)。

逆變器電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，要實(shí)現(xiàn)逆變器有功功率﹑無功功率的控制，關(guān)鍵在于Id、Iq的控制，在靜止dq坐標(biāo)系下，建立三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，dq坐標(biāo)系下的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，研究根據(jù)基爾霍夫電壓方程，得：

（1）

其中，令矢量，x為對(duì)應(yīng)的物理量，下標(biāo)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(biāo)系下的系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為兩相靜止坐標(biāo)系下的系統(tǒng)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(biāo)系下矢量，。

對(duì)式（1）與（2）進(jìn)行聯(lián)立，可得：

（3）

利用Park變換將兩相靜止兩相靜止α北塔坐標(biāo)系下坐標(biāo)系下的系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的系統(tǒng)模型，即：

表示變換矩陣? （4）

將上式（3）與（4）聯(lián)立，可得，

式中，

因此，dq坐標(biāo)下，三相并網(wǎng)系統(tǒng)的模型為[5]：

（6）

從（5）與（6）可以看出，dq軸中存在耦合關(guān)系，而為了實(shí)現(xiàn)d、q軸間的解耦，因?yàn)橐子趯?shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，本文引入前饋解耦的方法，實(shí)現(xiàn)dq軸的解耦控制。對(duì)Id和Iq進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)時(shí)，使得[6]：

（7）

通過（7）式可知，系統(tǒng)引入前饋控制量，使得（6）式模型中的耦合項(xiàng)進(jìn)行相互消除，從而實(shí)現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1，讓無功電流的給定值;從而使得功率因數(shù)為1，滿足并網(wǎng)的需要[8]。根據(jù)需要輸出的有功功率大小，對(duì)有功電流的給定值大小進(jìn)行設(shè)定，利用電壓、電流傳感器檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓eabc與三相并網(wǎng)電流iabc，通過同步鎖相環(huán)與坐標(biāo)變換，將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量Id與Iq給定值進(jìn)行比較，并用PI控制器來調(diào)節(jié)。然后引入狀態(tài)反饋與電網(wǎng)電壓前饋環(huán)節(jié)進(jìn)行解耦，輸出量經(jīng)過坐標(biāo)逆變換得到三相調(diào)制波，通過SPWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)控制。通過電壓電流雙環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制，在直接電流的控制下，采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制方案，保證系統(tǒng)以單位功率因數(shù)并網(wǎng)運(yùn)行[9]。