基于分布式電源并網(wǎng)逆變器控制策略與仿真研究

　　1 分布式電源并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1 DC-DC變換器

　　DC-DC變換器是通過半導(dǎo)體閥器件的開關(guān)動作將直流電壓先變?yōu)榻涣麟妷?，?jīng)整流后又變?yōu)闃O性和電壓值不同的直流電壓的電路，這里要闡述的是中間經(jīng)過變壓器耦合的直流間接變換電路。DC-DC變換器在將直流電壓變換為交流電壓時頻率是任意可選的，因此使用高頻變壓器能使變壓器和電感等磁性元件和平波用電容器小型輕量化。如今，隨著半導(dǎo)體閥器件的進步，輸出功率為100 W以上的電源實際上采用的開關(guān)頻率都在20~500kHz范圍內(nèi)，MHz級高頻變換器也在開發(fā)研究之中。而且，通過變換頻率的高頻化，可以使平波用電容的容量減小，從而能夠使用陶瓷電容等高可靠性的元件。而且，本文在舉例闡述動作原理是采用雙極功率晶體管、IGBT、MOSFET等開通關(guān)斷可控的器件作為直流電壓變換為交流電壓的半導(dǎo)體閥器件，使用最多的還是MOSFET.

　　1.2 直流母線電壓PID控制器設(shè)計

　　作為直流母線400V電壓必須具有一定的穩(wěn)定性，不應(yīng)該隨著負載的變化或電池電壓的改變而產(chǎn)生波動。因此必然需要用到反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。由于PID控制器可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其優(yōu)異的動態(tài)穩(wěn)態(tài)特性，以及方便靈活的參數(shù)整定方法，因此在逆變并網(wǎng)器中直流母線的電壓控制選擇PID控制算法。

　　在閉環(huán)控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，得到等幅振蕩的過渡過程。此時的比例系數(shù)稱為臨界比例系數(shù)Ku,相鄰兩個波峰間的時間間隔，稱為臨界振蕩周期Tu.

　　1.3 逆變并網(wǎng)鎖相環(huán)設(shè)計

　　鎖相環(huán)分為模擬鎖相環(huán)和數(shù)字環(huán)鎖相。模擬鎖相環(huán)在電路可靠性、穩(wěn)定性和集成度方面有著不可克服的缺陷：數(shù)字鎖相環(huán)又分為由數(shù)字邏輯器件構(gòu)成的全數(shù)字邏輯鎖相環(huán)和基于DSP的軟件鎖相環(huán)。全數(shù)字邏輯鎖相環(huán)路由邏輯器件構(gòu)成。

　　為了實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓（SIGNAL）周期和相位的采樣，這里利用了一個遲滯比較器把信號源的模擬采樣信號（SIGNAL）整形為矩形波（TO_DSP）然后通過TMS320F28X的捕獲單元得到電網(wǎng)電壓的頻率和相位信息。在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)注意的是，由于軟件是通過電網(wǎng)電壓的上升沿來獲得周期和相位信息的，因此在硬件的設(shè)計上應(yīng)當(dāng)保證電網(wǎng)電壓的過零點和正弦波整形得到的矩形波的上升沿保持一致（即不能有延時），這就要求計算遲滯比較器的上限觸發(fā)電平U+為0 V.

　　遲滯比較器的上、下限觸發(fā)電平為：

　　式中：U+,U-為遲滯比較器的上、下限觸發(fā)電平；UOH,OL為輸出電壓的上下限（UOH為5 V,UOL為0 V）；UR為比較器的基準(zhǔn)電壓，這里為0V.

　　交流有效值定義為：

　　式中：x（t）為被測交流信號；Xeff為對應(yīng)的有效值；t是時間；T是交流信號的周期。式（3）給出的有效值包含了基波和諧波的共同貢獻，通常稱這種有效值為真有效值，有時也稱為方均根值。

　　對于數(shù)字測量系統(tǒng)，式（3）變成：

　　式中：xm（k）為交流信號在kTs時刻的采樣值（也稱采樣數(shù)據(jù)），Ts為采樣周期，下標(biāo)m代表該采樣值采自交流信號的第m個周波，k代表在第m個周波內(nèi)的第k次采樣（k=1,2,…，N）；N是在交流信號一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)或采樣點數(shù)。 1.4 改進MPPT算法　　傳統(tǒng)MPPT算法，即爬山法，是一種比較實用的MPPT控制算法，這種方式雖在一定程度上減輕了CPU的負擔(dān)，但由于周期性尋優(yōu)，會對系統(tǒng)的輸出電壓造成周期性的波動。

　　改進MPPT算法基本思想是：

　　（1）利用過山車法，即先將光伏電池陣列兩端電壓U1鉗制在蓄電池電壓U2處，再逐漸增加U1,使光伏電池陣列的輸出功率點由小到大，經(jīng)過MPP后，繼續(xù)增大U2,使輸出功率比最大輸出功率小于一個閾值△P1.輸出功率由小變大，再變小，一定會經(jīng)過一個最大點。在輸出功率變化過程中，記錄下光伏電池陣列輸出最大功率時的輸出電壓Umax;

　　（2）根據(jù)光伏電