市電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行的控制策略研究

劉家琪，劉 嵩，韋亞萍,李 坤

(1.湖北民族大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族大學(xué) 新材料與機(jī)電工程學(xué)院，湖北 恩施 445000)

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是分子化學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在降低太陽(yáng)能電池板制造成本的同時(shí)還大大優(yōu)化了太陽(yáng)能電池板的性能，使得太陽(yáng)能發(fā)電優(yōu)勢(shì)更加明顯，在世界范圍內(nèi)的利用也更加廣泛[1-2].但受限于光伏轉(zhuǎn)換的發(fā)電特性，當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)光或者太陽(yáng)光不充足的時(shí)候，其太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)大幅降低，這會(huì)使得需要持續(xù)穩(wěn)定供電的用電負(fù)載無(wú)法工作.如果單純使用市政電源，雖能解決負(fù)載持續(xù)用電問(wèn)題，但清潔能源太陽(yáng)能沒(méi)能充分利用而白白浪費(fèi).為了既保證負(fù)載用電，又充分利用清潔能源太陽(yáng)能，本文提出了一種市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行的供電模式.由于家用負(fù)載大多以使用單相交流電為主，因此本文主要討論單相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng).通過(guò)將廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制引入到單相并網(wǎng)逆變器的控制中，并與電網(wǎng)電壓前饋控制和重復(fù)控制構(gòu)成復(fù)合控制策略，對(duì)市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的能量控制起到較好控制效果，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先使用光伏，光伏發(fā)電量不足時(shí)再由市電補(bǔ)足差額部分，既保證負(fù)載用電不斷，又能充分利用清潔能源，且光伏側(cè)不會(huì)向市電側(cè)饋電，避免對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染[3].

圖1 市電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行系統(tǒng)ⅠFig.1 Operation system Ⅰ of combined power supply of city electricity and photoelectricity

圖2 市電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行系統(tǒng)ⅡFig.2 Operation system Ⅱ of combined power supply of city electricity and photoelectricity

圖3 市電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行系統(tǒng)ⅢFig.3 Operation system Ⅲ of combined power supply of city electricity and photoelectricity

1 互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)如圖1所示，通過(guò)控制接觸器的投切，來(lái)轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能電網(wǎng)供電和市政電網(wǎng)供電的供電模式.此種供電模式下無(wú)法保證清潔能源太陽(yáng)能的最大程度利用.

另外一種市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)如圖2所示，首先通過(guò)功率因素校正變換器將市政電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)換成直流電，再利用DC/DC變換器對(duì)光伏進(jìn)行升壓，然后在直流母線(xiàn)端進(jìn)行并網(wǎng)，用來(lái)供給負(fù)載使用.此供電模式下，光伏不會(huì)向市電側(cè)進(jìn)行饋電流動(dòng)，但是在實(shí)際使用時(shí)無(wú)法保證優(yōu)先使用清潔能源.且家用負(fù)載以單相交流居多，以此模式進(jìn)行供電在使用側(cè)會(huì)產(chǎn)生較多不便.

為解決現(xiàn)有市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)中難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先利用清潔能源和不向市網(wǎng)端饋電的問(wèn)題，本文提出了一種市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行供電系統(tǒng)，硬件連接結(jié)構(gòu)如下面圖3所示.

該市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行供電系統(tǒng)不采用接觸器等裝置，將太陽(yáng)能發(fā)出的直流電經(jīng)單相光伏并網(wǎng)逆變器處理后與市政電網(wǎng)在交流側(cè)進(jìn)行并網(wǎng)，然后同步供給交流負(fù)載使用.將市電作為光伏的后補(bǔ)電源，優(yōu)先、充分利用清潔能源，最大程度減少由于火力發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境污染，并且無(wú)諧波注入電網(wǎng)，避免了對(duì)大電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響.

1.2 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.2.1 逆變器結(jié)構(gòu)分類(lèi) 目前常用光伏逆變器主要分為單級(jí)式、雙級(jí)式和多級(jí)式.單級(jí)式光伏逆變器只實(shí)現(xiàn)一次能量變換，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.但需利用一級(jí)能量控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)前面的太陽(yáng)能最大功率跟蹤和后級(jí)的逆變控制，最終的控制效果難以精確和理想.除此之外，由于缺少了升壓環(huán)節(jié)，此時(shí)只能靠太陽(yáng)能電池板的串并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的變化，提升了系統(tǒng)搭建的難度，更易造成安全隱患.

雙級(jí)式光伏逆變器基本原理就是將能量變換由一級(jí)變?yōu)閮杉?jí)，分別實(shí)現(xiàn)不同功能.前一級(jí)解決太陽(yáng)能電池板電壓過(guò)低的問(wèn)題，對(duì)其利用DC/DC電路進(jìn)行升壓，并同步實(shí)現(xiàn)MPPT的控制，保證組件的最大功率輸出.后一級(jí)利用DC/AC電路實(shí)現(xiàn)逆變功能，將前面經(jīng)處理后所傳遞過(guò)來(lái)的直流電能轉(zhuǎn)換為交流負(fù)載可以使用的交流電能.此環(huán)節(jié)需保證逆變出來(lái)后的交流電能匹配電網(wǎng).通過(guò)此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)，單塊的控制難度和匹配難度大幅降低，在整體能源利用率上也能取得更好的效果.

多級(jí)式光伏逆變器基本原理就是將能量變換由一級(jí)變?yōu)槎嗉?jí)，實(shí)現(xiàn)光伏與市電之間的能量解耦，此種模式下可以最大程度降低開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率.但由于功率環(huán)節(jié)的增多，需要控制的量也更加復(fù)雜，這使得算法的實(shí)現(xiàn)更難.因此本文最終選擇單相兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)[4].

1.2.2 逆變器拓?fù)湓O(shè)計(jì) 單相兩級(jí)式光伏逆變器系統(tǒng)主要分為DC/DC升壓部分、DC/AC逆變部分和濾波部分.DC/DC電路拓?fù)涞念?lèi)型有很多，常用于光伏系統(tǒng)的前級(jí)電路主要有升壓變換、降壓變換、升降壓變換和庫(kù)克變換四類(lèi).降壓類(lèi)必須加儲(chǔ)能電容才能運(yùn)行，可靠性會(huì)降低，裝置體積也更大.本文從實(shí)際條件出發(fā)，考慮到電路結(jié)構(gòu)、效率、控制等方面，最終選取Boost升壓電路來(lái)作為光伏逆變器的前級(jí)升壓部分.

DC/AC逆變部分依據(jù)直流電源形式一般分為兩種，電壓逆變型和電流逆變型.電壓逆變型較電流逆變型而言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，相應(yīng)速度快，便于控制和理解，因此大范圍應(yīng)用于功率適中或偏小的逆變器系統(tǒng)中.常用電壓型逆變器中的單相逆變電路分為推挽式和橋式，橋式電路在系統(tǒng)中的應(yīng)用更為常見(jiàn)，橋式電路通常設(shè)計(jì)又分為全橋和半橋兩種模式，全橋電路雖然設(shè)計(jì)更加復(fù)雜但是控制效果更好，因此本節(jié)采用單相全橋逆變電路.

圖4 市電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行供電系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig.4 Topological diagram of power supply system for operation system of combined power supply of city electricity and photoelectricity

圖5 SOGI原理圖Fig.5 SOGI schematic diagram

常見(jiàn)濾波電路形式主要有單電感(L)濾波、單電感單電容(LC)濾波和雙電感單電容(LLC)濾波.單電感濾波雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其控制效果較差.單電感單電容濾波效果好于單電感濾波結(jié)構(gòu)，但輸出并網(wǎng)電流和電感電流在相位上很難保持嚴(yán)格一致.而雙電感單電容濾波結(jié)構(gòu)有更好的衰減特性，抑制電流諧波能力更強(qiáng)，且總電感量遠(yuǎn)小于另外兩種濾波結(jié)構(gòu).因此，本文選擇雙電感單電容濾波結(jié)構(gòu)作為濾波環(huán)節(jié)[5].

綜合上述，本文提出了一種新的市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行供電系統(tǒng)，硬件連接結(jié)構(gòu)如圖4所示.

該市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行供電系統(tǒng)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不采用接觸器等裝置，采用LCL濾波結(jié)構(gòu)與負(fù)載直接耦合，并在交流母線(xiàn)端與市電并網(wǎng)，共同向交流負(fù)載供電.在互補(bǔ)供電模式下，將市電作為光伏的后補(bǔ)電源，優(yōu)先、充分利用清潔能源光伏，當(dāng)光伏發(fā)電量不足時(shí)再由市電補(bǔ)足差額部分，最大程度減少由于火力發(fā)電所帶來(lái)的環(huán)境污染，避免了對(duì)大電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響.

2 能量控制策略

2.1 廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制

在光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法中，PI控制提出最早，構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其穩(wěn)態(tài)特性較差.隨著科研技術(shù)的進(jìn)步，在PI控制的基礎(chǔ)之上演變出了比例分?jǐn)?shù)積分控制，其適用范圍得到了推廣.而將復(fù)數(shù)域引入到比例積分控制中得到了比例復(fù)數(shù)積分控制，使得其適用范圍和控制性能得到進(jìn)一步擴(kuò)大和優(yōu)化.在三相并網(wǎng)逆變器中，比例復(fù)數(shù)積分控制可以構(gòu)造三相正交坐標(biāo)系，使系統(tǒng)并網(wǎng)控制達(dá)到良好效果.但在單相光伏并網(wǎng)逆變器中，無(wú)法利用普通比例復(fù)數(shù)積分控制構(gòu)建單相正交坐標(biāo)系.為此，將比例復(fù)數(shù)積分控制進(jìn)行引申，提出一種廣義二階積分器的比例復(fù)數(shù)積分控制法.利用新構(gòu)造的垂直分量，巧妙實(shí)現(xiàn)了從三相到單相的轉(zhuǎn)變，并且參數(shù)整定更加簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)更加方便[6].

基于廣義二階積分比例復(fù)數(shù)積分控制的鎖相環(huán)SOGI具有多重優(yōu)點(diǎn)，抗系統(tǒng)干擾性強(qiáng)，并且不受電網(wǎng)頻率變化的影響.即便在電網(wǎng)發(fā)生頻率波動(dòng)甚至嚴(yán)重畸變時(shí)，該鎖相環(huán)仍可以跟蹤到基頻信號(hào).其原理圖如圖5所示.

利用廣義二階積分器將電流環(huán)中電流相位延遲90°，構(gòu)造垂直分量j.其中傳遞函數(shù)如下式(1)、(2)所示：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，選通信號(hào)角頻率用ω表示，要想除去ω以外的信號(hào)，只需將積分器增益設(shè)置為1即可.k為比例系數(shù)，對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)速度有直接影響.

通過(guò)分析可知，在SOGI的加入下，不但可以產(chǎn)生與原電流信號(hào)幅值相等，相位相差90°的j量，還可以很好的跟蹤基頻電壓變化，響應(yīng)速度快，對(duì)非基頻處諧波具有很大程度的抑制作用，避免擾動(dòng)頻率對(duì)控制器的干擾.

2.2 重復(fù)控制基本原理

重復(fù)控制理論中的中心控制思想就是內(nèi)模原理.內(nèi)模原理的控制工作方法就是把系統(tǒng)外部信號(hào)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型引入到選定控制器當(dāng)中，讓其實(shí)現(xiàn)在工作的時(shí)候達(dá)到一個(gè)較為精準(zhǔn)的反饋控制的方式.當(dāng)需要的控制方式是系統(tǒng)的輸出信號(hào)來(lái)對(duì)系統(tǒng)參考的輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差地跟蹤的時(shí)候，重復(fù)控制的內(nèi)模原理剛好能與需求匹配.所以，重復(fù)控制的控制方案也就是將包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差全部清零[7-8]，圖6所示為常用重復(fù)控制系統(tǒng)框圖.

r系統(tǒng)給定的參考正弦信號(hào)；e誤差信號(hào)；d擾動(dòng)信號(hào)；P(z) SPWM逆變器；y實(shí)際輸出電壓；Q(z)帶限濾波器；S(z)重復(fù)控制環(huán)路的補(bǔ)償器；z-N周期延時(shí)環(huán)節(jié)；N采樣次數(shù)；Kr可調(diào)增益.圖6 常用重復(fù)控制系統(tǒng)框圖Fig.6 Block diagram of common repetitive control system

圖7 電壓前饋并網(wǎng)控制系統(tǒng)框圖Fig.7 Block diagram of voltage feed forward control system

由于重復(fù)控制是通過(guò)上一個(gè)周期內(nèi)的情況來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)周期內(nèi)同一時(shí)刻的情況，于是給定信號(hào)和反饋信號(hào)結(jié)合后就可以得到相應(yīng)的校正信號(hào)，然后進(jìn)行疊加.用這種疊加的方式來(lái)消除系統(tǒng)后面可能出現(xiàn)的重復(fù)性畸變.

擾動(dòng)輸入d(k)跟蹤誤差e(k)傳遞函數(shù)為：

[1-Q(z-1)z-N]{1-[Q(z-1)-KrzkS(z-1)P(z-1)]z-N}.

(3)

其中，E(z-1)和D(z-1)分別是e(k)和d(k)的z變換式.

相應(yīng)的頻率函數(shù)為：

F(jω)=F(z-1),

(4)

z=ejωT.

(5)

式(5)中：T為采樣周期.

若假定Q(z-1) =1,且P(z-1)是穩(wěn)定的,則:

(6)

(7)

由式(7)容易看出在使用重復(fù)控制時(shí)，如果周期擾動(dòng)的頻率低于乃氏頻率1/(2T)的話(huà)，其穩(wěn)態(tài)誤差就一定會(huì)為零.

本文的控制對(duì)象是單相全橋逆變器，其最終的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能是由輸出LCL來(lái)決定的.考慮到實(shí)際應(yīng)用中的負(fù)載效應(yīng)和優(yōu)化補(bǔ)償器的補(bǔ)償效果，需在空載條件下來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì).

2.3 電網(wǎng)電壓前饋控制原理

太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程屬于有源逆變系統(tǒng)，在并網(wǎng)過(guò)程中極易受到電網(wǎng)端電壓的影響.而大電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中是很難保證絕對(duì)平穩(wěn)的，尤其是電網(wǎng)電壓的波動(dòng)會(huì)帶來(lái)并網(wǎng)電流的波動(dòng)，對(duì)整個(gè)市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的控制極為不利.如果電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍超過(guò)了系統(tǒng)自調(diào)節(jié)的能力，市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會(huì)被破壞，甚至出現(xiàn)并網(wǎng)失敗.因此，為了消除電網(wǎng)電壓的變化對(duì)市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的影響，必須采取有效措施.

本文將電網(wǎng)電壓前饋控制引用到市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的控制中來(lái).增加了電網(wǎng)電壓前饋控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示.

由圖7可知，系統(tǒng)在加入電網(wǎng)電壓前饋調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)之后，并網(wǎng)電流變化為：

(8)

從式(8)不難看出，要想電網(wǎng)電波動(dòng)對(duì)并網(wǎng)電流影響為零，只需要滿(mǎn)足G4(s)=1/G2(s)即可，這樣便消除電網(wǎng)電壓突變對(duì)市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的影響.

2.4 復(fù)合控制

由上述分析可知，常用光伏逆變器的控制策略各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，在其單獨(dú)使用的時(shí)候都或多或少存在一些不足.比例復(fù)數(shù)積分控制與PI控制相比可以更好的解決逆變器的穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題，但傳統(tǒng)認(rèn)為比例復(fù)數(shù)積分控制適用于三相逆變從而達(dá)到了其在并網(wǎng)過(guò)程中的應(yīng)用，但依舊存在著穩(wěn)態(tài)誤差.重復(fù)控制雖然能夠完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，但其控制信號(hào)的輸入有一個(gè)周期的延遲，無(wú)法實(shí)現(xiàn)零滯后的問(wèn)題.而電網(wǎng)電壓前饋控制的加入能使系統(tǒng)在免受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響的同時(shí)，還可以適當(dāng)減小控制系統(tǒng)的增益，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升[9-10].

于是，在抑制和消除在并網(wǎng)過(guò)程中周期性擾動(dòng)帶來(lái)的誤差的同時(shí)，又提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能.本文提出將廣義二階下的PCI控制、重復(fù)控制以及電網(wǎng)電壓前饋控制相結(jié)合所組成的復(fù)合控制策略應(yīng)用于市政電和光伏聯(lián)合供電運(yùn)行的系統(tǒng)，以使系統(tǒng)能量控制達(dá)到更好效果.

3 仿真與試驗(yàn)樣機(jī)結(jié)果

3.1 系統(tǒng)仿真結(jié)果

3.1.1 系統(tǒng)仿真模型 為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文所提出的市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的正確性、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可能性，在MATLAB仿真系統(tǒng)中搭建了相應(yīng)模型.根據(jù)硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所搭建的仿真模型主電路仿真模型如圖8所示.

圖8 互補(bǔ)系統(tǒng)仿真模型Fig.8 Simulation model of complementary system

圖9 試驗(yàn)輸出波形ⅠFig.9 Experimental output waveform

3.1.2 廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制下并網(wǎng)結(jié)果 在所搭建的硬件仿真模型上，選擇廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制策略，在Simulink的連續(xù)域中選擇相應(yīng)的模塊，將負(fù)載上的實(shí)際電壓與參考電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比.根據(jù)相應(yīng)控制算法所搭建的仿真模型，得到的試驗(yàn)輸出波形如圖9所示.

從圖9不難看出，采用廣義比例復(fù)數(shù)積分控制策略，第一個(gè)周期內(nèi)就可以很好跟蹤到參考電壓，具有良好的動(dòng)態(tài)性能.但從波形效果來(lái)看，諧波畸變率較高，穩(wěn)態(tài)誤差較大.

3.1.3 重復(fù)控制下并網(wǎng)結(jié)果 在所搭建的硬件仿真模型上，選擇重復(fù)控制策略，在Simulink的離散域中選擇相應(yīng)的模塊，將負(fù)載上的實(shí)際電壓與參考電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比.得到的逆變器試驗(yàn)輸出波形如圖10所示.

從圖10不難看出，采用重復(fù)控制，第一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)了明顯的滯后現(xiàn)象，但在第二周開(kāi)始就可以很好地實(shí)現(xiàn)電壓的跟蹤，與重復(fù)控制滯后一個(gè)周期的特性相一致.但從波形效果來(lái)看，諧波畸變率很低，具有較好的穩(wěn)態(tài)性能.

3.1.4 復(fù)合控制 在所搭建的硬件仿真模型上，采用廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制、重復(fù)控制和電網(wǎng)電壓前饋控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略，在Simulink的離散域中選擇相應(yīng)的模塊，將負(fù)載上的實(shí)際電壓與參考電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比.在此復(fù)合控制策略下得到的試驗(yàn)輸出波形如圖11所示.

從圖11容易看出，采用復(fù)合控制策略，第一個(gè)周期內(nèi)就可以很好跟蹤到參考電壓，沒(méi)有滯后現(xiàn)象，具有良好的動(dòng)態(tài)性能.同時(shí)諧波畸變率也控制得很低，系統(tǒng)此時(shí)亦具有較好的穩(wěn)態(tài)性能.由此可見(jiàn)，復(fù)合控制策略結(jié)合了兩種單一控制策略的優(yōu)點(diǎn)，使得系統(tǒng)輸出性能得到了較大提升[11-13].

圖10 試驗(yàn)輸出波形Ⅱ 圖11 試驗(yàn)輸出波形ⅢFig.10 Experimental output waveform Ⅱ Fig.11 Experimental output waveform Ⅲ

圖12 電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)電流和并網(wǎng)電流波形Ⅰ

3.2 試驗(yàn)樣機(jī)結(jié)果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文所提出的市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的正確性、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可能性，搭建了一套基TMS320F28335 DSP芯片的試驗(yàn)樣機(jī)，其容量3 000 VA.電網(wǎng)電壓=220 V，頻率=50 Hz.

3.2.1 低功率負(fù)載運(yùn)行時(shí) 在市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)試驗(yàn)樣機(jī)工作中，將負(fù)載分為低功率負(fù)載、中功率負(fù)載和高功率負(fù)載3個(gè)等級(jí).平均每個(gè)功率等級(jí)相差1.3 kW.當(dāng)負(fù)載端的實(shí)際消耗為低功率負(fù)載1.3 kW時(shí)，低于市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率3 kW.在此種工作模式下，應(yīng)該優(yōu)先使用清潔能源太陽(yáng)能供電，而市政電網(wǎng)此時(shí)沒(méi)有能量輸出，即光伏輸出1.3 kW，市電輸出0 kW.實(shí)際輸出的市電電壓、市電輸出電流和光伏輸出電流如圖12所示.

3.2.2 中功率負(fù)載運(yùn)行時(shí) 負(fù)載端功率的變化會(huì)導(dǎo)致市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)整個(gè)能量輸出的變化.當(dāng)負(fù)載端的實(shí)際消耗為中功率負(fù)載2.6 kW時(shí)，低于市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率3 kW.在此種工作模式下，應(yīng)該優(yōu)先使用清潔能源太陽(yáng)能供電，而市政電網(wǎng)此時(shí)沒(méi)有能量輸出，即光伏輸出2.6 kW，市電輸出0 kW.實(shí)際輸出的市電電壓、市電輸出電流和光伏輸出電流如圖13所示.

3.2.3 高功率負(fù)載運(yùn)行時(shí) 負(fù)載端功率的變化會(huì)導(dǎo)致市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)整個(gè)能量輸出的變化.當(dāng)負(fù)載端的實(shí)際消耗為高功率負(fù)載3.9 kW時(shí)，高于市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率3 kW.在此種工作模式下，應(yīng)該優(yōu)先使用清潔能源太陽(yáng)能供電，不足部分再由市政電網(wǎng)輸出，即光伏輸出3 kW，市電輸出0.9 kW.實(shí)際輸出的市電電壓、市電輸出電流和光伏輸出電流如圖14所示.

對(duì)比分析圖12、圖13和圖14可知，在采用本文所提復(fù)合控制策略的作用下，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“光能優(yōu)先、市電候補(bǔ)”的設(shè)計(jì)目的.從市電輸出電流ig的變化可以看出，在負(fù)載消耗功率持續(xù)增加的過(guò)程中，只有當(dāng)系統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電功率不滿(mǎn)足負(fù)載消耗功率時(shí)，市電端才會(huì)有功率的輸出，這樣既保證了清潔能源的優(yōu)先使用，又確保了負(fù)載用電的穩(wěn)定、可靠.

4 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)比例復(fù)數(shù)積分控制只能應(yīng)用于三相正交坐標(biāo)系而無(wú)法應(yīng)用于單相坐標(biāo)系的問(wèn)題，提出了將廣義二階比例復(fù)數(shù)積分控制引入到單相并網(wǎng)逆變器的控制中.針對(duì)單一控制策略無(wú)法使市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)的問(wèn)題，提出將廣義二階下的比例復(fù)數(shù)積分控制、重復(fù)控制和電網(wǎng)電壓前饋控制相結(jié)合所組成的復(fù)合控制策略應(yīng)用于市電和光伏互補(bǔ)運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光伏優(yōu)先、市電候補(bǔ)的供電模式，且不會(huì)對(duì)市政電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[14-15].最后仿真和試驗(yàn)結(jié)果都表明，所提出復(fù)合控制策略具有良好控制效果.