基于分布式電源并網(wǎng)逆變器控制策略與仿真研究

　?。?）當光照強度發(fā)生變化（由于在短時間內(nèi)，環(huán)境溫度的變化對系統(tǒng)輸出功率的變化影響不大，可以忽略），即輸出電壓Umax時的輸出功率P1與之前的Pmax之間差值超過一定閾值△P時，若P1>Pmax,說明光照強度增加了，MPP處的輸出電壓也相應(yīng)增大了，所以此時應(yīng)啟動按增加光伏電池陣列輸出電壓的方向用過山車法尋找MPP程序。

　　2 分布式電源并網(wǎng)逆變器仿真

　　2.1 DC-DC直流升壓PID控制仿真

　　作為直流母線400 V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)。

　　針對DC-DC直流母線硬件結(jié)構(gòu)以及控制方式對被控模型進行數(shù)學建模，由于PWM裝置的數(shù)學模型與晶閘管裝置一樣，在控制系統(tǒng)中的作用也一樣。因此，當開關(guān)頻率為10kHz時，T=0.1 ms,在一般電力自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似一個一階慣性環(huán)節(jié)，故其傳遞函數(shù)為：Ws（s）≈Ks/（TS+1） （5）

　　這與晶閘管的傳遞函數(shù)完全一致。但需要注意，式（5）是近似的傳遞函數(shù)，實際上PWM變換器不是一個線性環(huán)節(jié)，而是具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)。繼電控制系統(tǒng)在一定條件下會產(chǎn)生自激振蕩，這是采用線性控制理論的傳遞函數(shù)不能分析出來的。根據(jù)式（5）結(jié)合本設(shè)計開關(guān)頻率10 kHz可以建立被控對象數(shù)學模型為：Ws（s）≈（400/9）/（1e-4+1） （6）

　　如圖1（a）為進一步進行PID參數(shù)整定后的PID輸出電壓響應(yīng)曲線，可以看出即使在外界認為施加干擾的情況下PID調(diào)節(jié)器輸出電壓還保持在許可范圍內(nèi)。圖1（b）所示為進一步進行PID參數(shù)整定后直流母線電壓響應(yīng)曲線?？梢钥吹郊幢阍谕饨缯J為施加干擾的情況下直流母線電壓仍可自動穩(wěn)定在400V的要求電壓。這能為后續(xù)的SPWM逆變并網(wǎng)提供穩(wěn)定的直流母線電壓；而由于硬件電路限制，由于PID控制一推挽電路，而該推挽電路僅可提供0~12V的調(diào)節(jié)，考慮這一點所設(shè)計出來的PID調(diào)節(jié)器輸出在0~12V范圍之內(nèi)。 2.2 逆變并網(wǎng)器并網(wǎng)仿真

　　逆變并網(wǎng)是將逆變器所產(chǎn)生的正弦電壓，在同頻同相同幅的情況下進行并網(wǎng)。并通過鎖相環(huán)調(diào)節(jié)并網(wǎng)電壓以及電流，使它們達到同相，改善電能質(zhì)量，從而提高傳統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。針對這一點，本設(shè)計建立元件級Simulink仿真。能有效減少失誤率，提高并網(wǎng)可靠性，因此建立該仿真模型是很有必要的。模型中設(shè)計了相應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器，并對MPPT算法進行編寫相應(yīng)S函數(shù)。

　　太陽能電池的伏安特性如圖2（a）所示，它表明在某一確定的日照強度和溫度下，太陽能電池的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系，簡稱V-I特性。從V-I特性可以看出，太陽能電池的輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)近似恒定，在接近開路電壓時，電流下降率很大。

　　由圖2（a）可知，該伏安特性曲線具有強烈的非線性。太陽能電池的額定功率是在以下條件下定義的：當日射S=1 000 W/m2,太陽能電池溫度T=25℃時，太陽能電池輸出的最大功率便定義為他的額定功率。太陽能電池額定功率的單位是“峰瓦”,記以“Wp”.相應(yīng)日射強度下太陽能電池輸出最大功率的位置，稱為“最大功率點”.根據(jù)Matlab提供的太陽能電池板模型的輸出特性曲線可知當前條件下，最大功率點為241.8V時輸出2083W.經(jīng)過MPPT算法后，太陽能輸出電壓自動跟蹤輸出時最大功率點時的對應(yīng)電壓，而其亦以最大功率穩(wěn)定輸出。即輸出為238.7V時，功率為2084W.對比之前實際太陽能電池板最大功率點數(shù)據(jù)，最大功率點為241.8V時輸出2083W.可以看出該算法基本能跟蹤太陽能電池板的最大功率點。

　　3 結(jié)論

　　本文針對分布式電源并網(wǎng)過程中的直流升壓、同步鎖相、逆變并網(wǎng)動態(tài)過程，研究了基于電網(wǎng)特點的FIR數(shù)字濾波、交流采樣和穩(wěn)定直流母線電壓的數(shù)字PID控制器等技術(shù)，提出了相應(yīng)的控制策略并進行Simulink動態(tài)仿真，研究工作對分布式電源并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計理論上具有一定指導(dǎo)作用。