适用于电网三相不平衡的光伏逆变器控制策略设计

冯磊

【摘 要】低压配电网中三相不平衡情况比较普遍，本文对适用于此情况的光伏逆变器控制策略进行了设计。本文首先研究了不平衡电网下电压正序分量的锁相问题，设计了基于二阶广义积分器（Second Order Generalized Integrator，SOGI）的锁相方法；其次，设计不平衡电网下不同控制目标的电流计算方法；最后，建立PSCAD/EMTDC仿真模型进行验证。

【关键词】光伏逆变器；不平衡电网；控制策略

中图分类号： TM615；TM464 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0015-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.005

【Abstract】The three-phase unbalance in the low-voltage distribution network is relatively common. This paper applies the PV inverter control strategy applicable to this situation. In this paper， the phase locking problem of voltage positive sequence components under unbalanced power grid is studied firstly. A phase-locked method based on Second Order Generalized Integrator（SOGI）is designed. Secondly， the currents of different control targets under unbalanced power grid are designed. Calculation method. Finally， the PSCAD/EMTDC simulation model is established for verification.

【Key words】PV Inverter； Three-phase Unbalanced Grid； Control strategy

0 引言

分布式光伏逆变器的应用趋势是非常显著的。而由于配电线路参数、用电负荷（尤其是单相负荷）的不平衡，低压配电网的三相不平衡现象是比较普遍的，故此，分布式光伏逆变器必须考虑三相不平衡电网条件下的运行控制策略。

为保证电网不平衡时光伏逆变器的有效运行，须从不平衡锁相环和控制策略两方面入手。针对电压正序分量的锁相问题，文献[1]依据对称分量法原理及正负序分量之间的特定关系，设计了四分之一工频周期时间延迟法。由于引入了延迟，因此该方法快速性的提升空间受限。文献[2]提出的基于双同步坐标系解耦的软件锁相环。该方法具有较高的稳态精度，但是其依赖于相位反馈，因此当电网相位突变时，其过渡过程中存在超调较大、恢复时间较长等问题。文献[3]在传统锁相环之前加装低通滤波器，但如果这样，会导致相角偏移、响应变慢等缺陷。文献[4]采用自适应观测器来进行电网相位锁定，但是该算法程序计算量较大，比较复杂。针对电网不平衡下的光伏逆变器控制问题，文献[5-6]基于静止坐标系中光伏逆变器的數学模型，设计了基于比例谐振控制器（proportional resonant，PR）的交流无静差控制系统，但由于PR控制器的频率适应性较差，当电网频率发生偏移时，并不能取得满意的控制效果。

本文在不平衡电网下的锁相控制方面，拟提出基于SOGI的锁相方案。在控制策略方面，则打算利用瞬时功率原理分析不平衡电网下光伏逆变器的功率流关系，并设计不同控制目标下的电流指令计算方法。

1 基于SOGI的锁相环

据式可以计算得到抑制并网有功功率波动、抑制并网无功功率波动、抑制并网负序电流三个不同控制目标时的电流指令。本文以抑制网侧负序电流为例，所设计的正负序双同步坐标系控制系统框图如下：

3 仿真与验证

为验证本文所设计控制策略的正确性，利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建出三电平光伏逆变器的模型。仿真参数说明如下：

基于此仿真系统，进行了常规控制策略和本文所设计策略的对比仿真。仿真时，电网A相在0.2秒发生接地短路，电压降为原来的50%，在0.25秒时故障切除，电压恢复正常。三相电压的变化波形如图 5：

图6为常规控制策略下并网电流波形和A相并网电流的THD分析：

分析图 6可知，在故障期间光伏逆变器的输出电流三相不对称，且电流的THD大增，已远远超出光伏并网规定。因此，当电网电压不平衡时，I型策略控制下的光伏逆变器的运行受到了严重影响，需要进行策略改进。

图7为本文所设计策略控制下并网电流波形和A相并网电流的THD分析：

从图7可以看出，A相电压跌落后，逆变器的并网电流仍旧能保持良好的对称性；在双同步坐标系的控制作用下，并网电流的THD仍保持在3%左右，且当故障切除后，光伏逆变器能很快地恢复到原来的运行状态。

因此，本文所设计策略能很好地应对电网电压不对称的情况，且系统的电流控制快速性较好，充分证明了本文方案的正确性。

4 结论

本文针对常规光伏逆变器在不平衡电网情况下的正常运行受影响问题，提出了改进的控制策略。

（1）设计了基于SOGI的不平衡锁相环，可快速且准确的锁定电网相位；

（2）设计了不同控制目标下的电流指令计算方法，可应对不平衡电网下的光伏逆变器的瞬时功率控制需求；

（3）设计了PSCAD/EMTDC仿真模型，验证本文方法的正确性。

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