浅析三相光伏并网逆变器的控制技术

胡 品（深圳天祥质量技术服务有限公司广州分公司,广州 510663）

浅析三相光伏并网逆变器的控制技术

胡 品
（深圳天祥质量技术服务有限公司广州分公司,广州 510663）

摘 要：作为光伏并网系统的关键组成部分，三相光伏并网逆变器的良好控制对于保证光伏并网系统能量转换的有效性具有重要作用。本文首先介绍了三相光伏并网逆变器的控制指标，然后具体探讨了三相光伏并网逆变器的控制策略及技术，以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词：三相光伏并网逆变器；控制；技术

作为太阳能利用的一种有效方法，太阳能光伏发电是利用太阳能电池将光能转变成电能的发电手段。太阳能光伏发电可克服原材料、能源资源及应用环境的约束，且能依靠技术进步成为一项重要的可再生能源技术。在光伏并网发电系统内，光伏并网逆变器主要用于系统的能量转换，其控制策略将直接决定整体光伏并网系统能否良好运行。因此，加强有关三相光伏并网逆变器的控制研究，对于改善光伏并网系统运行质量具有重要作用。

1　三相光伏并网逆变器控制指标

（1）并网电流谐波：若逆变器输出电流包含过多谐波，不但会抑制系统工作效率，且会影响电能质量。所以，依据有关标准，光伏并网逆变器在设定功率下，电流总谐波畸变率应控制在5%以下，而奇次谐波的畸变率应在4%以下，偶次谐波的畸变率应在2%以下。

（2）额定输出容量：也就是功率等级。当前光伏逆变器的通用容量一般在几百W到1000kW以上，能够用于不同的应用标准。

（3）逆变器效率：当前大功率的基本效率一般在90%以上，更高功率的效率在大于95%，小功率逆变器的效率也应不小于85%[1]。

（4）功率因数：在光伏逆变器的输出有功高于额定功率的一半时，功率因数应在0.98以上，而当输出有功在额定功率的20%～50%时，功率因素应在0.95以上。

（5）可靠性：在应用时，为有效克服各类异常问题，光伏逆变器应具有完善的自动保护功能，通常为：1）直流过压保护：在直流侧输入电压大于逆变器高限直流电压时，逆变器应避免启动或中止运行，且应输出报警提示，在直流侧电压降低至合理范围后，逆变器应能恢复启动。2）逆变器过载保护：在光伏阵列输出功率高于逆变器高限直流侧输出功率时，逆变器应能智能限流以保证逆变器在高限功率范围内工作，对于配备最大功率追踪功能的逆变器，在实施过载保护时期应选用使工作点远离最高功率点的方式。3）交流短路保护：在逆变器运行过程中，若交流侧发生短路，逆变器应能探测出短路故障并中止对电网供电，短路保护动作时间应控制在0.5s以内。若在1分钟内探测到2次以上的交流侧短路问题，逆变器应禁止再次并入电网。4）电网电压过欠频：在电网电压频率高于限定频率范围时，逆变器应在设定时间内中止总做，同时输出报警提示。在电网频率降至规定频率范围时，逆变器能恢复启动。

2　三相光伏并网逆变器控制策略及技术

依据三相逆变器在不同坐标系内的数学模型，可在同步旋转dq坐标系、两相静止αβ坐标系及三相静止ABC坐标系内实施控制。

2.1 同步旋转dq坐标系下三相光伏并网逆变器控制

在同步旋转dq坐标系内，基于电网电压定向控制技术为通常控制方法。根据电网电压定向控制过程，三相电感电流在经过αβ/dq和abc/αβ转换后形成两相直流量，在对相应指令信号对照后利用电流内环控制过程调配形成两相调制信号，最终利用αβ/dq和abc/αβ再转换生成三相调制信号[2]。

采用电网电压定向控制方法，在同步旋转dq左边内实施三相逆变器控制，可实现功率瞬时控制，因d轴电流与有功功率匹配，q轴电流与无功功率匹配，利用对d轴与q轴电流的调控便能完成对有功功率和无功功率的解耦控制，进而实现对功率因数的调整控制。另外，在进行坐标转换后，可将三相交流量转换成两相直流量，这方便实施控制器设计，因指令信号采用直流量，利用一个PI调节器便可有效完成稳态无误差。

2.2 两相静止αβ坐标系下的三相并网逆变器控制

一般而言，组合式三相逆变器在两相静止αβ坐标系下可保持独立，因此可选用两相独立的控制技术。选用电流单闭环控制，内环电流指令设定为正弦信号，利用对锁相方法采集电网频率及相位信息，被控对象选择三相电感电流，利用abc/αβ变换器将其转换为两相量，然后与指令值对比，使用内环电流控制器对比较误差进行调整获取两相控制信号，再经αβ/abc变换形成三相调制波，通过单级倍频SPWM进行各自调制后得到12路开关驱动信号。

在当前应用研究中，两相静止αβ坐标系下控制采用的电流控制器多为PR谐振控制器与PI控制器。PR谐振控制器在谐振频率方面可获得更高效率，而在非谐振频率方面效率低下，若把谐振频率改设成正弦参考信号频率，则可有效实现稳态无误差，但该控制器的数字实现过程难度要比PI控制器更大。PI控制器相对算法简练，便于数字实现且具有较高的可靠性，在实际使用中应用相对广泛，但此种控制器在正弦参考信号方面残留稳态误差，且在部分对电流环动态相应有较高要求的状态下，其跟踪速度较差。所以实际应用中可采用无差拍控制策略。无差拍控制策略的基本理念是在单个控制周期内使控制量满足设定值，因此其具有更快的动态响应速度。

2.3 三相静止ABC坐标下的三相并网逆变器控制

因在三相静止ABC坐标下组合式三相逆变器具有独立性，可选用三相完全独立的控制方法。选用电流单闭环控制，内环电流指令设定采用正弦信号，利用锁相过程采集电网频率及相位信息，把三相电感电流选定为被控对象，利用内环电流控制器调整后获得相应的三相调制波，使用单级倍频SPWM进行单独调制后即可获取12路开关驱动信号[3]。

3　结束语

三相光伏并网逆变器的控制质量将直接关系着光伏并网系统的运行质量及经济效益，因此，相关技术与研究人员应加强有关三相光伏并网逆变器的控制技术研究，总结三相并网逆变器控制策略及关键技术方法，以逐步提升三相并网逆变器的控制水平。

参考文献：

[1]黄天富,石新春,魏德冰,孙玉巍,王丹.基于电流无差拍控制的三相光伏并网逆变器的研究[J].电力系统保护与控制,2012(11):36-41.

[2]窦伟,徐正国,彭燕昌,许洪华.三相光伏并网逆变器电流控制器研究与设计[J].电力电子技术,2007(01):85-86+118.

[3]许颇,张崇巍,张兴.三相光伏并网逆变器控制及其反孤岛效应[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2006(09):1139-1143.

作者简介：胡品（1986-），男，安徽安庆人，本科，研究方向：光伏逆变器。