多功能并網(wǎng)變換器容量?jī)?yōu)化控制策略

王 祺，趙興勇，張庚午

多功能并網(wǎng)變換器容量?jī)?yōu)化控制策略

王 祺1，趙興勇1，張庚午2

(1.山西大學(xué)，山西 太原 030006；2.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024)

隨著“雙高”電力系統(tǒng)的發(fā)展，并網(wǎng)環(huán)境呈現(xiàn)薄弱、復(fù)雜態(tài)勢(shì)。電網(wǎng)阻抗的存在使得并網(wǎng)點(diǎn)容易受諧波干擾及無(wú)功功率波動(dòng)的影響，惡化并網(wǎng)電能質(zhì)量，影響并網(wǎng)變換器友好并網(wǎng)，僅以有功功率為傳輸目標(biāo)的傳統(tǒng)并網(wǎng)變換器已難以適應(yīng)上述工況?；诂F(xiàn)狀提出一種具有諧波抑制功能的光伏逆變器控制策略。指令電流由諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)和直流側(cè)穩(wěn)壓控制環(huán)節(jié)組成，根據(jù)廣義瞬時(shí)無(wú)功理論檢測(cè)出并網(wǎng)電流的瞬時(shí)有功分量、基波正序無(wú)功分量、諧波分量，通過電流跟蹤控制環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光伏逆變器的抑制諧波、無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ?。隨后，考慮實(shí)況中逆變器容量有限，提出一種基于復(fù)合功能光伏逆變器的容量匹配策略，設(shè)計(jì)匹配系數(shù)?？紤]并網(wǎng)變換器的外特性及實(shí)際工況中的諧波特性，以輸出有功功率、諧波抑制控制效果為最優(yōu)控制級(jí)，無(wú)功補(bǔ)償控制效果為次優(yōu)級(jí)進(jìn)行策略的設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行仿真案例驗(yàn)證當(dāng)光伏逆變器在正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可以抑制并網(wǎng)點(diǎn)諧波電流，并最大程度的補(bǔ)償無(wú)功功率，極大改善了并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量，提高了逆變器的利用率，增強(qiáng)了并網(wǎng)變換器面向復(fù)雜并網(wǎng)工況時(shí)的魯棒性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提策略的有效性和可行性。

光伏逆變器；控制策略；諧波抑制；無(wú)功補(bǔ)償；容量匹配

0 引言

隨著新一代“雙高”電力系統(tǒng)的發(fā)展，新能源并網(wǎng)變換系統(tǒng)的環(huán)境處于薄弱和不確定態(tài)勢(shì)，新能源發(fā)電及其并網(wǎng)等技術(shù)成為近些年的研究熱點(diǎn)[1-3]。微電網(wǎng)因具有分布式發(fā)電、儲(chǔ)能功能等優(yōu)越條件而得到廣泛關(guān)注，微電網(wǎng)的出現(xiàn)改善了化石能源枯竭、環(huán)境污染的現(xiàn)狀，同時(shí)也帶來(lái)了相應(yīng)控制技術(shù)方面的問題[4]。作為并網(wǎng)接口單元，并網(wǎng)變換器承擔(dān)著新能源向電網(wǎng)功率傳輸?shù)闹匾姑?，重要性不言而喻?/p>

LCL型并網(wǎng)變換器因優(yōu)異的高頻諧波衰減特性、低廉的硬件成本等優(yōu)勢(shì)近年來(lái)引起了學(xué)者們的關(guān)注[5-6]，基于并網(wǎng)逆變器的本體功能，相關(guān)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化[7-8]。然而，受民用負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷的影響，電網(wǎng)中的大量非線性負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷等嚴(yán)重惡化了并網(wǎng)點(diǎn)的電壓和電流質(zhì)量。對(duì)于并網(wǎng)變換器而言，一般表現(xiàn)為電壓控制型電流源的特性，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)諧波或畸變電流時(shí)，變換器可能無(wú)法正常并網(wǎng)及穩(wěn)定運(yùn)行。諧波治理方面，常規(guī)手段是利用有源電力濾波器(Active Power Filter, APF)或增大交流側(cè)的濾波電感，然而硬件成本會(huì)增加。瑕不掩瑜，APF的諧波治理思路是非常有價(jià)值且值得借鑒的。同時(shí)，其與并網(wǎng)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相通。因此，將兩者結(jié)合，具有諧波治理的并網(wǎng)逆變器成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一[9-15]。文獻(xiàn)[9]研究了變換器拓?fù)?，并提出一種組式三相含諧波治理功能的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由三組單相全橋逆變電路構(gòu)成，可靈活控制相應(yīng)的目標(biāo)，但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性要求較高。文獻(xiàn)[10]對(duì)雙向動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(Dynamic Voltage Regulator, DVR)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種用于容量?jī)?yōu)化的集成輔助電容器，提高了DVR的補(bǔ)償容量，然而補(bǔ)償?shù)墓δ茌^單一。文獻(xiàn)[11]提出一種大規(guī)模風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的容量配置協(xié)調(diào)方案，但并未考慮并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量。文獻(xiàn)[12]研究了微網(wǎng)中交流子網(wǎng)和直流子網(wǎng)的功率問題，考慮兩者的耦合特性，通過直流側(cè)容量控制間接控制交流側(cè)的電網(wǎng)容量?？紤]到作為接口單元的并網(wǎng)變換器及其容量對(duì)電網(wǎng)的影響，文獻(xiàn)[13]對(duì)并網(wǎng)過程中的電壓穩(wěn)定性問題開展了相應(yīng)研究。

基于LCL型并網(wǎng)變換器的電路結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[14]提出了一種具有無(wú)功補(bǔ)償功能的光伏變換器控制方法，然而并不能同時(shí)濾除諧波。在文獻(xiàn)[15-16]提出的多功能并網(wǎng)逆變器控制策略中，諧波檢測(cè)采用的-或p-q法，需要兩次矩陣變換運(yùn)算。進(jìn)一步通過利用LCL的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，文獻(xiàn)[17]采集了若干支路電流，分別進(jìn)行權(quán)重評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了多支路電流的協(xié)同控制。然而，該方法需要除實(shí)現(xiàn)本體并網(wǎng)功能外的額外若干傳感器，硬件成本大大增加。同理，文獻(xiàn)[18-19]借鑒上述思路，考慮微網(wǎng)及配網(wǎng)環(huán)境，分別制定了電能質(zhì)量的分?jǐn)傆?jì)劃，并提出相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略。文獻(xiàn)[20]提出了一種基于改進(jìn)型重復(fù)控制器的多功能逆變器的設(shè)計(jì)方法，提高了諧波濾除性能。需要說明的是，該方法對(duì)控制參數(shù)及主電路參數(shù)的變化比較敏感，同時(shí)重復(fù)控制算法的思路是常規(guī)諧振控制算法思路的延伸，其本質(zhì)仍然為控制器對(duì)控制目標(biāo)的可選擇性。

綜上，以上文獻(xiàn)都假設(shè)逆變器容量為無(wú)限大，并未考慮實(shí)際工程中逆變器容量有限的客觀性。此外，當(dāng)并網(wǎng)變換器兼顧其他功能時(shí)，電能質(zhì)量與并網(wǎng)傳輸效率等控制效果的主次之分也是亟待研究的問題?；谏鲜鲅芯楷F(xiàn)狀，本文提出了一種基于廣義瞬時(shí)無(wú)功率諧波檢測(cè)法的光伏逆變器控制策略，并考慮逆變器容量有限，提出一種根據(jù)功能優(yōu)先級(jí)排序的容量匹配策略，以優(yōu)化多功能并網(wǎng)變換器的控制效果，提高并網(wǎng)變換器的功率傳輸效率，具有一定的研究?jī)r(jià)值和工程實(shí)際意義。

1 光伏逆變器的控制策略

1.1 光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為一般的光伏發(fā)電及并網(wǎng)系統(tǒng)示意圖，由光伏系統(tǒng)(Photovoltaic, PV)、基于DC/DC結(jié)構(gòu)的Boost升壓電路、并網(wǎng)逆變器、交流側(cè)LCL濾波結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)、網(wǎng)側(cè)阻抗g、非線性負(fù)載及無(wú)功負(fù)載組成。

圖1 光伏并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?/p>

圖中，dc為直流側(cè)電容，1為逆變器側(cè)電感，2為網(wǎng)側(cè)電感，c為電容支路的阻尼電阻，2為變換器的輸出電流，g為并網(wǎng)電流，g為公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling, PCC)電壓，網(wǎng)側(cè)兩端分別接有無(wú)功負(fù)載和非線性負(fù)載。

在光伏并網(wǎng)的模式下，上述多功能逆變器在輸出有功功率、實(shí)現(xiàn)變換器本體并網(wǎng)的同時(shí)，針對(duì)電網(wǎng)側(cè)的非線性負(fù)載、無(wú)功負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和無(wú)功電流，也要進(jìn)行抑制和補(bǔ)償，必要時(shí)還需對(duì)電網(wǎng)提供無(wú)功功率支撐。并網(wǎng)逆變器多功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于指令電流的合成及指令電流的跟蹤控制，相應(yīng)的控制框圖如圖2所示。

圖2 光伏并網(wǎng)逆變器的控制框圖

1.2 光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由上述可知，逆變器的控制電路由兩部分組成，即指令電流的合成與控制，指令電流分為并網(wǎng)部分(指令電流I)和電能質(zhì)量治理部分(指令電流Ⅱ)。

一般有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)法(-法和p-q法)主要適應(yīng)于三相對(duì)稱負(fù)荷、正弦對(duì)稱電壓下電網(wǎng)中諧波電流的檢測(cè)，然而隨著負(fù)載種類(如不平衡負(fù)載)的增多，傳統(tǒng)諧波檢測(cè)法已無(wú)法精確地檢測(cè)諧波電流，文獻(xiàn)[21]提出了廣義瞬時(shí)無(wú)功理論諧波電流檢測(cè)法，優(yōu)于傳統(tǒng)檢測(cè)法，該方法在不平衡負(fù)載、電壓畸變的工況下依然可精確獲取諧波電流，同時(shí)還可以分離出瞬時(shí)有功分量、基波正序無(wú)功分量和諧波分量，而且僅需對(duì)諧波電流進(jìn)行Park變換即可，矩陣運(yùn)算簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快[22]。假設(shè)電力系統(tǒng)的三相電流表達(dá)式為

我們總是在強(qiáng)調(diào)別讓孩子輸在起跑線上，強(qiáng)調(diào)孩子的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)要從小培養(yǎng)，在孩子年幼時(shí)就推動(dòng)他參與競(jìng)爭(zhēng)。讓孩子背負(fù)上競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任，他們的注意力勢(shì)必會(huì)被轉(zhuǎn)移到各種“比”的事情上，自我積攢能量的力量開始分散，而競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的焦慮又會(huì)更多地消耗孩子的精力，內(nèi)心反而變得越來(lái)越羸弱，家長(zhǎng)卻渾然不知，還在為孩子在小格局里的優(yōu)秀沾沾自喜，這算不算是一種悲哀？

經(jīng)Park變換后：

式中，、如式(3)和式(4)所示。

由式(1)可得：

以上對(duì)指令電流中的諧波電流(即指令電流II)及其檢測(cè)機(jī)理進(jìn)行了研究，表征變換器的并網(wǎng)有功分量指令值(即指令電流I)由直流側(cè)電容的穩(wěn)壓環(huán)節(jié)生成，諧波電流和瞬時(shí)有功電流的復(fù)合疊加即為最終指令電流，相應(yīng)控制框圖如圖3所示。

圖3 諧波電流檢測(cè)框圖

1.3 指令電流跟蹤控制

圖3中，電流控制器采用的是準(zhǔn)比例諧振控制器(Quasi-Proportional Resonant Controller, QPR)[23-24]，其表達(dá)式為

圖4 指令電流跟蹤控制框圖

圖4中：Ii為次諧波控制器的積分常數(shù)，為正整數(shù)；I為積分系數(shù)；P為比例系數(shù)。

具體的參數(shù)參考文獻(xiàn)[23]，相應(yīng)的參數(shù)值已在本文中的第4節(jié)列出。

2 容量匹配策略

基于并網(wǎng)逆變器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，大多側(cè)重于復(fù)合或多種功能的實(shí)現(xiàn)以及控制算法的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，并未考慮逆變器容量有限的客觀性及各種功能的協(xié)調(diào)控制、優(yōu)先級(jí)折中選擇等因素，在實(shí)際工程的應(yīng)用中受到較大的局限。結(jié)合上一節(jié)的機(jī)理分析，本節(jié)提出一種并網(wǎng)變換器的容量匹配策略。該策略考慮了實(shí)際工程中逆變器容量有限這一客觀因素，并設(shè)計(jì)了相關(guān)參數(shù)。

從功能的角度分析，多功能并網(wǎng)逆變器可同時(shí)輸出有功、無(wú)功(負(fù)載無(wú)功)、諧波分量(諧波無(wú)功)。需要說明的是，相對(duì)有功分量，諧波分量也屬于無(wú)功，因?yàn)樵陔娐防碚撝袑㈦妷弘娏鞑煌鄷r(shí)的情況所產(chǎn)生的功率，稱之為無(wú)功。在并網(wǎng)系統(tǒng)中，無(wú)功分量更多指的是基波正序無(wú)功，是由無(wú)功負(fù)載產(chǎn)生，而且該無(wú)功含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于諧波分量。從電能質(zhì)量的角度分析，諧波的危害高于傳統(tǒng)的無(wú)功功率[19]，因此，考慮到需要治理諧波含量所需的并網(wǎng)變換器的容量較少，不會(huì)過于影響正常有功功率的傳輸，策略的思路應(yīng)是優(yōu)先治理諧波問題。

構(gòu)造容量匹配的約束條件，如式(8)所示。

容量匹配策略的思路如圖5所示。

圖5 容量匹配策略示意圖

本文所提策略考慮了逆變器容量有限等因素，以逆變器輸出的有功和諧波分量為最高優(yōu)先級(jí)，無(wú)功功率補(bǔ)償為次優(yōu)先級(jí)，即面向復(fù)雜、非理想電網(wǎng)情況時(shí)，并網(wǎng)變換器的容量?jī)?yōu)先支配給并網(wǎng)有功功率和諧波抑制的控制效果，當(dāng)容量有冗余時(shí)，利用剩余的容量進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。若三者的所需容量大于逆變器額定容量時(shí)，調(diào)節(jié)逆變器補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功分量，即容量匹配系數(shù)，使之降低，直至逆變器輸出的總功率低于或等于逆變器額定容量為止。這樣既保證了逆變器輸出的功率滿足其額定容量，同時(shí)最大程度地治理了并網(wǎng)點(diǎn)的諧波電流，使得光伏并網(wǎng)逆變器處于最優(yōu)、高效狀態(tài)運(yùn)行。

圖6為采用所提控制策略前后的并網(wǎng)變換器運(yùn)行工況示意圖。

圖6 兩種不同策略下并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況

3 仿真分析

基于Matlab/Simulink+PLECS仿真環(huán)境，對(duì)本文所提策略進(jìn)行分析。主電路置于Simulink環(huán)境中，控制電路置于PLECS環(huán)境中。具體的相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)

采用傳統(tǒng)多功能并網(wǎng)策略進(jìn)行仿真，分別對(duì)多功能逆變器出口側(cè)、網(wǎng)側(cè)的相關(guān)電氣量進(jìn)行采樣分析，如圖7所示。其中，0.08 s時(shí)投入非線性負(fù)載，在0.16 s、0.22 s、0.28 s分別模擬光照強(qiáng)度為強(qiáng)光、弱光、無(wú)光時(shí)的工況。圖7(a)為網(wǎng)側(cè)的電壓和電流的波形，圖7(b)為網(wǎng)側(cè)有功功率和無(wú)功功率的波形。圖8(a)為逆變器側(cè)的電壓和電流波形，圖8(b)為逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率。圖9(a)為逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率的有效值，圖9(b)為逆變器輸出的實(shí)測(cè)容量，即視在功率。

圖7 未采用容量匹配策略時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓、電流和功率

圖8 未采用容量匹配策略時(shí)逆變器側(cè)電壓、電流和功率

圖9 未采用容量匹配策略時(shí)逆變器功率有效值及容量

在0 s時(shí)，投入無(wú)功負(fù)荷，在0.06 s再投入非線性負(fù)荷。從網(wǎng)側(cè)電流波形可知(圖7(a))，即使投入兩類負(fù)荷后，網(wǎng)側(cè)電流仍能保持三相對(duì)稱正弦波形。尤其在投入非線性負(fù)荷后，畸變率為3.63%，說明文中所提多功能并網(wǎng)控制策略可行有效，諧波抑制效果良好。在逆變器運(yùn)行至0.08 s時(shí)，逆變器側(cè)輸出有功功率為1.2 kW，無(wú)功功率為5 kvar，此時(shí)負(fù)載無(wú)功由逆變器提供，逆變器表現(xiàn)出多功能形態(tài)(圖8(b))。在圖7(b)中，網(wǎng)側(cè)有功功率為17.8 kW，為剩余有功負(fù)載提供有功功率。在0.16 s、0.22 s、0.26 s時(shí)改變光伏的光照強(qiáng)度，分別表示強(qiáng)光、弱光、無(wú)光，由圖8(b)知，逆變器輸出有功功率先增大至6.3 kW，后減小至1.5 kW，再減小至0 kW，無(wú)光時(shí)輸出的有功功率為零，此時(shí)輸出的無(wú)功功率用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷。此時(shí)，上述工況對(duì)應(yīng)的并網(wǎng)有功功率分別為23.7 kW、28.5 kW、30 kW，由功率守恒可知，網(wǎng)側(cè)有功功率對(duì)應(yīng)相反的變化趨勢(shì)，無(wú)功功率為零，如圖7(b)所示。

從圖8(a)可以看出，在0.06 s前，即未投入非線性負(fù)荷時(shí)，逆變器輸出電流為正弦波，說明當(dāng)并網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)需補(bǔ)償非線性負(fù)荷的諧波時(shí)，多功能逆變器輸出有功功率；在0.06 s以后，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波時(shí)，多功能逆變器在輸出有功功率的同時(shí)，輸出與諧波電流等大反向的電流，抑制諧波。圖9是表征逆變器容量的波形圖，圖9(a)和圖9(b)分別為逆變器輸出有功功率、無(wú)功功率的有效值和逆變器的實(shí)測(cè)容量(即視在功率)，最高為8.1 kVA，此時(shí)為光照強(qiáng)度最高的工況。

實(shí)際工況中，逆變器容量是有限的，不會(huì)根據(jù)所需的各種功能的實(shí)現(xiàn)而無(wú)限的輸出。本文設(shè)置的逆變器容量(7 kVA)。由上述工況知，在0.16～0.22 s時(shí)光照強(qiáng)度最大，此時(shí)逆變器的輸出功率達(dá)到最大為8.1 kVA，超過了并網(wǎng)逆變器的額定容量，長(zhǎng)時(shí)間在此工況運(yùn)行會(huì)影響設(shè)備的使用壽命和并網(wǎng)性能。采用本文所提策略后，可得相應(yīng)的各電氣量波形。圖10—圖12為采用容量匹配策略后，與圖9—圖11對(duì)應(yīng)的工況。

由上述分析可知，當(dāng)輸出的有功功率和無(wú)功功率滿足額定容量時(shí)，逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)始終可實(shí)現(xiàn)多功能的效果；由圖9(b)可知，在0.16～0.22 s且未采用所提策略時(shí)，有功功率與無(wú)功功率的輸出超過了并網(wǎng)系統(tǒng)的額定容量，系統(tǒng)處于過載運(yùn)行。與傳統(tǒng)多功能策略不同，采用文中所提策略后，在超額運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先輸出有功功率和諧波補(bǔ)償電流，將無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)哪芰ο拗圃谝欢ǚ秶?，使得整個(gè)并網(wǎng)逆變器的實(shí)時(shí)容量滿足額定容量，正如圖10(b)和圖11(b)所示。由圖12(a)可知，有功功率仍以額定輸出量運(yùn)行，無(wú)功功率降低至2.91 kvar，此時(shí)線路中的無(wú)功負(fù)載的差額無(wú)功功率由網(wǎng)側(cè)提供。與圖7(b)不同，在該工況下網(wǎng)側(cè)輸出的無(wú)功功率約為2.05 kvar。采用容量匹配策略后，逆變器的最大運(yùn)行容量約為6.94 kVA，基本以額定容量運(yùn)行。

圖10 采用容量匹配策略后網(wǎng)側(cè)電流和功率

圖11 采用容量匹配策略后逆變器側(cè)電壓、電流和功率

由于限制了逆變器的輸出功率，當(dāng)系統(tǒng)需要補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)，逆變器受所提策略的影響，只能輸出有限的無(wú)功功率，其余的無(wú)功功率需要網(wǎng)側(cè)提供；由圖10(a)可知，由于未能完全治理系統(tǒng)的諧波電流，在逆變器容量受限的一段時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)側(cè)電流的畸變率變?yōu)?.1%。而由于優(yōu)先輸出有功和補(bǔ)償諧波，仍能最大程度的抑制網(wǎng)側(cè)諧波，改善了系統(tǒng)的電能質(zhì)量。從圖11(b)可以看出，在0.16～0.22 s內(nèi)，由于所需出力超過逆變器的額定容量，輸出無(wú)功明顯減??；圖12顯示了策略后的逆變器容量的相關(guān)信息。從圖12(a)可知，相比圖9(a)逆變器輸出無(wú)功功率有效值在某一時(shí)刻受限制，相應(yīng)的實(shí)測(cè)容量降低。如圖12(b)所示，視在功率基本保持在7 kVA以內(nèi)，保證了逆變器在額定容量下安全穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了所提策略的有效性。

4 結(jié)論

1) 本文以微網(wǎng)電能質(zhì)量為背景，提出了光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略，諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)采用廣義瞬時(shí)無(wú)功理論諧波檢測(cè)法，電流跟蹤控制環(huán)節(jié)采用準(zhǔn)比例諧振控制器，隨后結(jié)合逆變器實(shí)際容量有限，又提出了一種簡(jiǎn)單有效的容量限制策略，該策略簡(jiǎn)單有效，邏輯清晰，并通過仿真軟件驗(yàn)證了該策略的有效性。

2) 該方法可推廣至大容量、高耐壓的并網(wǎng)場(chǎng)景中，然而容量利用率的提升與開關(guān)頻率的降低兩者相互制約，如何平衡這一矛盾將在下一步的工作中研究。

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Capacity optimization control strategy of a multi-function grid-connected converter

WANG Qi1, ZHAO Xingyong1, ZHANG Gengwu2

(1. Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

With the development of the "double high" power system, the grid-connected environment is showing a weak and complex situation. The existence of grid impedance makes the grid-connected point susceptible to harmonic interference and reactive power fluctuations, deteriorates the quality of grid-connected power, and affects the friendly grid-connected converters. Traditional grid-connected converters that only use active power as the transmission target are already difficult to adapt to the above working conditions. Based on the status quo, a photovoltaic inverter control strategy with harmonic suppression function is proposed. The command current is composed of the harmonic detection link and the DC side voltage stabilization control link. According to the generalized instantaneous reactive power theory, the instantaneous active component, fundamental positive sequence reactive component, and harmonic component of the grid-connected current are detected, and the functions of suppressing harmonics and reactive power compensation of photovoltaic inverter are realized through the current tracking control link. Then, considering the limited capacity of the inverter in the actual situation, a capacity matching strategy based on the composite function photovoltaic inverter is proposed, and a matching coefficient is designed. Considering the external characteristics of the grid-connected converter and the harmonic characteristics in actual working conditions, a strategy is designed with the output active power and the harmonic suppression control effect as the optimal control level, and the reactive power compensation control effect as the sub-optimal level. Finally, a simulation case is carried out to verify that when the photovoltaic inverter is in normal grid-connected operation, it can suppress the harmonic current of the grid-connected point and compensate for the reactive power to the greatest extent. This greatly improves the power quality of the grid-connected point and improves the inverter. The utilization rate of the converter enhances the robustness of the grid-connected converter when facing complex grid-connected conditions. The simulation results verify the effectiveness and feasibility of the proposed strategy.

This work is supported by Shanxi Province Higher Education Science and Technology Innovation Project (No. 2021L005).

photovoltaic inverter; control strategy; harmonic suppression; reactive power compensation; capacity matching

10.19783/j.cnki.pspc.210434

山西省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目資助(2021L005)；山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目資助(20210302124553)

2021-04-19；

2021-08-25

王 祺(1991—)，男，通信作者，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾履茉床⒕W(wǎng)技術(shù)、電力電子化電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制、微電網(wǎng)電能質(zhì)量治理及裝備制造等；E-mail: 343366922@qq.com

趙興勇(1965—)，男，教授，研究方向?yàn)榇笠?guī)模風(fēng)電及分布式發(fā)電并網(wǎng)、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)運(yùn)行與控制、電壓穩(wěn)定性等。

(編輯 姜新麗)