簡單易學(xué)的單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略

5 單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器控制策略

一般單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器采用前后級分開控制的方法，當(dāng)系統(tǒng)功率隨著MPPT控制不斷變化時，首先體現(xiàn)為母線電容的電壓變化然后通過后級控制改變并網(wǎng)電流。

下面提出一種新的系統(tǒng)控制策略，其核心思想是根據(jù)前級MPPT的功率先預(yù)置一個逆變的參考電流幅值，然后經(jīng)一個比例控制器確定最終的逆變參考電流。這個比例控制器是母線采樣電壓與參考電壓(一般380V)的比值。這樣當(dāng)前級MPPT調(diào)節(jié)功率變化時，可直接體現(xiàn)為后級參考電流的變化，并通過母線電壓的比例控制器將母線電壓穩(wěn)定在參考值附近。

不考慮紋波，若母線電壓均值大于或小于參考值，則會相應(yīng)調(diào)高或降低逆變的參考電流，使母線電容進行相應(yīng)的充放電，母線電壓保持在參考電壓附近，以保證前后級功率平衡，起到穩(wěn)壓作用。對于母線紋波，通過母線電壓控制器，不僅穩(wěn)住母線電壓，而且抑制了母線紋波對并網(wǎng)電流的影響，還使后級實現(xiàn)了單電流環(huán)控制，控制更簡單。其控制原理如圖4所示。

6 Saber仿真驗證

在Saber中搭建如圖1的仿真模型，母線參考電壓380 V，系統(tǒng)工作在額定功率3 kW，前級采用導(dǎo)納增量法實現(xiàn)MPPT并升壓。

Boost輸出電壓(母線電壓)一直穩(wěn)定在380V附近，采用雙PI控制方法時的波形如圖5a所示。由圖可見，母線電壓存在100 Hz的脈動紋波;單純的雙PI控制逆變并網(wǎng)電流波形存在明顯畸變，THD=4.63%。當(dāng)系統(tǒng)功率變化時，0.45 s開始功率從3 kW變化到0.5 s時的1.9 kW，母線電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5b所示。可見，母線電壓穩(wěn)定在380 V附近，有100Hz的脈動紋波。并網(wǎng)電流不是很理想，當(dāng)功率從3 kW變化到1.7 kW時，母線電壓有一個先減小然后增加的調(diào)節(jié)過程。

將電壓外環(huán)PI改為按照式(4)取值的PR調(diào)節(jié)器，電壓和輸出電流波形如圖5c所示，可見，采用PR控制輸出并網(wǎng)電流波形沒有明顯畸變，THD=1.22%。PR控制功率變化時母線電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5d所示，可見，電壓外環(huán)采用PR調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)更快。當(dāng)功率變化時，雙PI控制大概在10個電網(wǎng)周期才能過渡到一個穩(wěn)態(tài)；而電壓外環(huán)PR調(diào)節(jié)可使母線電壓和并網(wǎng)電流平滑過渡，只需2個周期即可進入下一個穩(wěn)態(tài)。

由圖4搭建仿真模型，3 kW時母線電壓和并網(wǎng)電流波形如圖5e所示?？梢姡捎眯驴刂品椒杀ＷC母線電容穩(wěn)壓和很好的并網(wǎng)電流，THD只有0.8%。新控制方法下功率變化時母線電壓和并網(wǎng)電流波形如5f所示，對比可見，在前級功率變化時，新控制方法和雙PI控制系統(tǒng)動態(tài)性能更好。新控制方法中，系統(tǒng)功率變化時，電流和母線電壓過渡更加平穩(wěn)，同時能保證高質(zhì)量的輸出電流。

7 實驗驗證

H橋采用光伏專用模塊FZ06BLA045FH-P897E，二極管采用SiC肖特基二極管，其快恢復(fù)性能好，可顯著降低開關(guān)損耗和電磁干擾。控制采

用DSP2808芯片。采用圖4中的控制方法，非隔離并網(wǎng)，濾波電感3 mH，實驗波形如圖6所示。

可見，并網(wǎng)電流波形質(zhì)量隨著功率增加越來越好，測量半載1.5 kW時并網(wǎng)電流THD≈1%。

8 結(jié)論

對單相兩級式光伏并網(wǎng)逆變器進行建模，通過理論分析和仿真可知，傳統(tǒng)的母線電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)控制為兼顧并網(wǎng)電流質(zhì)量和系統(tǒng)動態(tài)性能，必須在后級電流環(huán)中加入母線電壓紋波補償和電網(wǎng)電壓抑制補償環(huán)節(jié)。若在電壓環(huán)中采用比例諧振調(diào)節(jié)器控制，將諧振點設(shè)置在100 Hz左右，可以抑制母線紋波電壓對并網(wǎng)電流的影響，同時保證系統(tǒng)動態(tài)性能。

提出一種基于功率平衡原理的控制方法，將一個比例控制器作為母線電壓調(diào)節(jié)器加入后級逆變環(huán)路中，使后級可采用簡單的電流環(huán)控制，在母線電容穩(wěn)壓的同時消除了紋波電壓對并網(wǎng)電流的影響。傳統(tǒng)的雙環(huán)控制前后級分開獨立，這樣前級功率變化時，首先體現(xiàn)為母線電壓變化，然后并網(wǎng)電流跟隨母線電壓變化，新控制方法中，前級功率變化時直接作用到后級電流控制中，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)更快。仿真和實驗驗證了該方法的可行性。