弱电网下光伏并网逆变器模糊自适应控制的研究

储召旭

摘 要：LCL型光伏并网逆变器在弱电网下，电网阻抗的增加，系统稳定性降低。为增强弱电网下系统的稳定性，文章提出了适用于电网阻抗变化的模糊自适应控制方法，实时调整光伏并网逆变器的电流控制器参数以及电容电流反馈系数，以适应电网阻抗变化，提高弱电网情况下的系统相位裕度，保证系统的稳定运行。

关键词：弱电网；模糊自适应控制；相位裕度

中图分类号：TM464 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）34-0025-02

Abstract： For the LCL photovoltaic （PV） grid-connected inverter in the weak grid， as the grid impedance increases， the system stability is reduced. In order to enhance the stability of the system under the weak current network， a fuzzy adaptive control method for the impedance change of the grid is proposed. The parameters of the current controller and the feedback coefficient of the capacitance current of the photovoltaic grid-connected inverter are adjusted in real time， so as to adapt to the power grid impedance changes， improve the system phase margin （PM） in the case of weak power network， and ensure the stable operation of the system.

Keywords： weak grid； fuzzy adaptive control； phase margin （PM）

引言

随着全球能源需求日益增大，人们对以太阳能、风能、潮汐能等新能源为核心的分布式发电技术越发重视，智能电网的概念深入人心。光伏并网逆变器作为分布式电网的重要组成部分，也成为研究的热门[1]。光伏并网逆变器的控制性能直接影响到并网电流的输出质量。准PR控制对于频率波动的电网具有一定的抗干扰能力，同时可以消除某一频率上的稳态误差，所以有较为广泛的应用。在弱电网的情况下，由于弱电网下并网阻抗的增大，系统稳定性降低。本文提出适用于弱电网下的自适应控制方法，以改善弱电网下并网逆变器的运行状态，保证高质量的并网输出电流。

1 并网逆变器数学模型

本文采用单相电容电流反馈方式的有源阻尼控制方式，其数学模型如图1。Gi（S）为准PR控制器，ug为并网电压，L1、C、L2分别为逆变器的滤波结构中的逆变器侧电感，滤波电容，并网侧电感，Lg为并网侧的电网阻抗。Kc、Ki分别为并网电流与电容电流反馈系数。

由电容电流反馈方式的有源阻尼控制数学模型[2]可以得到并网逆变器的系统开环增益为：

2 准PR控制

基于内模原理的PR控制器可以对特定频率的正弦信号进行无静差追踪。而PR控制对于光伏并网系统的并网电压频率较为敏感，且现实中也不易于实现，故改善为准PR控制，其系统传递函数为：

3 模糊自适应控制

本文提出的光伏并网逆变器的模糊自适应控制，控制方式主要是让PR控制器的比例系数，谐振系数以及电容反馈系数能够依据指令电流与并网电流之间的误差值以及误差的变化率，实现在线调整，以适应电网阻抗变化时的并网系统的稳定运行[4]。

4 仿真与分析

为了验证本文提出的自适应方法的可行性，本文借助Matlab/Simulink仿真平台分析模拟弱电网与强电网的不同电网阻抗下，系统运行的稳定性分析。仿真平台的系统各基本参数：电网电压有效值为220V，直流输入电压为360V，开关频率为10kHz，逆变器侧电感为600μH，滤波电容10μF，网侧电感为150μH，电网感抗3mH。

图2所示的是传统准PR控制下，系统没有自适应过程，幅值裕度为9.84dB，相位裕度为13.2deg。此时系统的相位裕度较小，无法满足较好的系统动态响应。

图3所示为加入模糊自适应控制后的系统波特图，此时幅值裕度为4.06dB，相位裕度为45.5deg。幅值裕度大于3dB保证了系统的鲁棒性，而且相位裕度大于45deg，此时系统有较好的动态响应。

图4为改进的模糊自適应控制下的并网电流波形，仿真在0.1s时切换为半载运行，系统半载运行时THD为0.62%，满足高质量并网电流的要求。

5 结束语

本文针对弱电网下，电网阻抗增大，导致系统相位裕度降低，系统动态响应较差的问题，提出基于电容电流反馈有源阻尼方式的模糊自适应控制方法，使系统能够在线调整参数保证系统稳定运行，并通过仿真验证方法的正确性，因此具有一定的理论研究意义。

参考文献：

[1]张久亮，郭前岗，周西峰.光伏并网逆变器准比例谐振控制仿真研究[J].电测与仪表，2013，50（02）：68-72.

[2]潘冬华，阮新波，王学华，等.增强LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的控制参数设计[J].中国电机工程学报，2015，35（10）：2558-2566.

[3]胡晓青，程启明，王映斐，等.基于自整定Fuzzy-PI控制的电流跟踪型光伏并网逆变器[J].太阳能学报，2013，34（06）：959-966.

[4]姚鑫，罗晓曙，廖志贤，等.光伏并网逆变器模糊准PR控制仿真研究[J].电测与仪表，2014，51（19）：86-91.