基于改進下垂法控制器的光伏并聯(lián)運行控制策略

摘要：當逆變電源并聯(lián)運行時，各電源的輸出阻抗很多情況下是同時存在阻性和感性。若僅采用傳統(tǒng)方法來控制逆變電源系統(tǒng)并聯(lián)運行，則系統(tǒng)的控制性能和精度必然會受到影響。針對傳統(tǒng)控制策略的不足，提出了一種基于改進下垂法的并聯(lián)運行控制策略，選取光伏電源作為逆變電源。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，通過試驗證明了該控制策略能有效控制逆變電源并聯(lián)運行，是一種較為理想的并聯(lián)方式。
關鍵詞：逆變電源；光伏電源；并聯(lián)運行；改進下垂法

1 引言
基于下垂法的并聯(lián)技術，其控制策略簡單，技術成熟，非常適用于實際系統(tǒng)。然而由于逆變電源輸出阻抗存在阻性成分，而且有時不能忽略，因此在系統(tǒng)設計時，它對于輸出功率特性和系統(tǒng)環(huán)流的影響就不能一概而論。如果能找到某種控制措施，使得并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗中感性成分占絕對比重，這樣就滿足下垂法并聯(lián)的應用條件。在此采用“虛擬阻抗法”可改善上述問題。由于并聯(lián)系統(tǒng)在輸出電壓的不同頻段對于輸出阻抗有著不同的特性要求，所以可采用相應的控制策略，使得逆變電源的輸出阻抗呈現(xiàn)系統(tǒng)的期望特性。這里采用光伏電池作為逆變電源，將改進后的下垂法并聯(lián)技術運用到光伏并網(wǎng)控制策略中，并進行了詳細研究。搭建了并聯(lián)型逆變電源裝置樣機，最后在1 kW的試驗平臺上對整個并聯(lián)過程進行了試驗研究。

2 主電路結構及工作原理
圖1為采用的單相全橋逆變主電路，其核心部分在于用內部電流環(huán)反饋和外部電壓環(huán)反饋來調節(jié)脈寬，采用電感電流和電容電壓作為反饋分量。光伏電池的輸出電壓通過逆變電路輸出。逆變橋的后級加入LC濾波器，用來消除輸出電壓中的高次諧波。P／Q計算單元的功能是完成并聯(lián)系統(tǒng)輸出無功功率和有功功率的計算，運算結果經功率下垂控制模塊調節(jié)后合成電壓信號。鎖相環(huán)(PLL)控制單元用來實現(xiàn)逆變電源輸出電壓頻率和相位的同步功能。

3 光伏電池的數(shù)學模型
光伏電池是利用特殊材料的光伏效應制成的，光伏效應則是指光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現(xiàn)象。它首先是由光子(光波)轉化為電子、光能量轉化為電能量的過程；其次是形成電壓的過程。根據(jù)電子學理論，當負載為純電阻時，光伏電池的實際等效電路如圖2所示。對應的I-U函數(shù)為：

式中：Iph為光生電流；I0為反向飽和電流(數(shù)量級為10-4A)；Rs為串聯(lián)等效電阻；Rsh為內部并聯(lián)的電阻；Λ=q／(AKT)，K為玻耳茲曼常數(shù)(1．38x10-23J／K)，T為絕對溫度，q為電子電荷(1．6×10-16C)，A為二極管品質因子(當T=330 K時，約為2．8+0．15)。

4 虛擬阻抗法的分析
4．1 虛擬阻抗法的實質
虛擬阻抗法針對系統(tǒng)在輸出電壓的不同頻段對輸出阻抗特性不同要求的特點，采用相應的控制策略，使等效輸出阻抗呈現(xiàn)出系統(tǒng)期望的特性。圖3為并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗等效示意圖。