小功率光伏并网逆变器控制策略的研究与设计

尹伟

摘 要：小功率光伏并网逆变器的控制电路，由采样与信号处理电路、过零点捕获电路和保护电路构成。在对小功率光伏并网逆变器进行设计完善时，需要提升控制装置的反应速度，分析电流控制器PI节点对控制并网电流的影响因素。本文对光伏并网逆变器的应用价值做出分析，研究SPWM的电流瞬时值。分析该类装置的控制原理和控制结果，构建控制函数模型，优化控制装置的调节设计水平，对设计期间的仿真结果做出分析，保证控制策略的有效性。

关键词：小功率并网；逆变器；SPWM控制策略

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0160-01

小功率光伏并网逆变器是光伏组件与电网连接的主要装置，其控制策略也一直在被研究和应用。将光伏电网逆变器合理的嵌入电网之内，提升系统的运行稳定性和可靠性至关重要。在分析系统的运行状态时，也需要对小功率光伏电网逆变器的应用方式进行深入研讨，克服隔离性变压器的使用困难，保证高频变压器隔离性设计的合理性。工频变压器的产品应用技术日趋成熟，在分析开关频率因素时，也需了解光伏并网逆变器的频率变化周期，了解电压的输入方式，考虑节能效果和成本控制策略。

这需要了解电压源电流的构成以及电流瞬时值的反馈机制组成部分。分析重复控制、无差拍控制以及电流SPWM控制机制的组成结构。在分析电流瞬时值时，也需要了解电流瞬时值的反馈滞环控制环节。在分析开关频率时，需要分析SPWM的控制基础以及电流瞬时值跟踪技术的应用方式。

光伏并网逆变器的输出装置组成复杂，波形变化快，容易受电网系统中的非线性因素影响，电压的变化周期也存在一定的不可控制性。故而，采用传统的周期扰动方式不能完全完成对并网畸变电流的控制，需要分析前馈控制因素，解决控制控制难题，分析光伏并网逆变器的运行原理，找准电流控制点以及并网电流应用期间的负面影响。对于电网电压的前馈控制机制而言，搭建有效的控制模型可以消除并网电流控制系统中的不良影响，提升控制策略的可行性。在对输出滤波器进行研究时，需要分析控制节拍，了解系统的应用特定，保证系统结构的整体稳定性。

1 控制模型的分析和设计

1.1 小功率并网光伏逆变器的应用原理

小光伏并网控制逆变器的应用期间，对电流的矢量进行管理和调控，分析并网控制元素和网侧有功以及无功的关联性。在分析并网交流侧的相关稳态矢量因素时，也需要了解电动势的矢量以及逆变器交流侧的电压变化值。分析电感电压之间的矢量和，了解输出电流矢量因素和变压器的工频隔离原则。用公式表示小功率光伏并网逆变器之间的关联性。使用UA表示逆变器交流侧两电感电压矢量和，分析工频隔离变压器之间的比例，对照变压器的输出功率以及输出原则，让变压器的两端电压持平。用I来表示输出电流矢量，is表示并网电流，通过L3线路的电流表示为iL3。之后判定电流设计因素，保证输出滤波电容的合理性。了解逆变器的高频谐波抑制作用，分析电容的设计机理，忽略逆变器交流侧电感的等效电阻，可以用以下公式做出表示，UA=Us+UL，UA=jwLI。分析并网逆变器的并网原理，以及电压矢量的计算模式。分析Ui信号和三角波之间的比较关系，分析SPWM波，利用驱动装置，完成对光伏并网逆变器的有效控制。

1.2 光伏并网逆变器的设计控制原则

分析逆变器并网的控制原理，了解逆变器中系统的直流变化因素，做好稳压锁相以及并网电流的控制。电压环和直流母线中的电压参考值存在一定的联系。在分析PI输出量时，电压环输出量作为参考值，实现对直流母线的稳压，电流环和正弦信号的乘积作为电流参考信号。调控小功率光伏并网逆变器的控制使用方式时，需要保障并网电流和电压的相位一致，分析电流信号参考值也需要了解电流采样值以及电流参考信号之间的差异。误差信号经过电流环PI输出量和并网电压之间的三角波进行比较，通过PWM输出SPWM波形，对并网电流的进行控制。

1.3 光伏逆变器的控制分析

分析光伏逆变器的控制目标，分析SPWM电流瞬时值。在分析跟踪控制应用技术时，也需要了解电网结构的控制方式。分析输出电流质量，了解电流反馈点上的电流变化，完成对电网电压控制信号调节以后，也能对电路中的比例系数做出判定。

2 小功率光伏并网逆变器控制环节设计

2.1 逆变环节

分析系统中的SPWM调控方式，了解调制区间的差异性，设计逆变输出装置以及调制输入装置之间的函数计算形式，分析小功率光伏并网逆变器的變化周期和滞后因素，设计装置延时计划和开关变化周期，经分析，函数关系传递表达式为：

（1）KPWM==

（2）GINV（s）=KPWM×e-Tss

Usin（s）正弦波调制信号，Utri三角载波信号，Kpwm调制器输入到逆变器输出函数，GIVN（s）逆变环节。

2.2 滤波反馈

分析滤波反馈因素，了解电网电流的变化以及T型滤波器的传递函数，可将函数传递公式表现为：

=

R为T型滤波器中C串联电阻，逆变器输出侧电流为L2，T型滤波器输出侧电流为L3。

如公式中的模型所表示，可以对滤波器的电阻阻值作出分析，了解控制带宽的限制性因素，分析输出电流以及滤波输出装置之间的关联性。总结结论，判定逆变输出侧电流的传递函数差异。

2.3 电网电压的前馈环节分析

研究并网逆变器控制系统中的电网电压误差，建立表示公式，如下：

（3）

从公式中可以判定小功率光伏电网控制策略的应用了路径，利用传递函数，计算点电流误差值，分析电路扰动因素。

2.4 功率开关管参数计算及选择

逆变器性能在和功率开关管存在很大联系。MOSFET管开关频率高，额定电流可致kA等级，缺点是但耐压能力差，在两端电压升高以后，导通电出现变化而。IGBT通常被应用在大功率领域，耐压值高，但开关频率不如MOSFET。小功率光伏并网逆变器中，通常将开关管的工作开关频率控制在20kHZ，最大电压区间400V，所以选用IGBT效果更好。

3 结语

本文对小功率光伏并网逆变器的控制策略进行了研究，分析设计方式，以及基于工频变压器的并网逆变器拓扑结构，分析电流瞬时值，制定跟踪策略，降低并网电流谐波和改善功率因数，实现小功率并网控制策略应用。

参考文献

[1]周宁.H6拓扑单相光伏并网逆变器的研究与设计[D].浙江大学，2017.

[2]刘会超.LCL型光伏并网逆变器的控制策略研究[D].江南大学，2016.

[3]王丽颖.分数阶PI～λ控制器在单相光伏并网逆变器中的应用[D].河北大学，2016.