光伏并网逆变器控制策略的研究

张君 罗继东

摘   要：为了提高光伏电源逆变器并网对配电网电压的影响，并给出合理的分布式光伏并网规划方案，针对输出电能稳定性建立双环控制策略，利用仿真软件PSCAD/EDC进行了建模和仿真并以此组建了整个光伏微电网系统模型。用双环控制对控制策略进行了优化，使光伏发电系统进过逆变器输出功率最大。通过仿真实验，该仿真分析结果可为光伏发电控制系统系统优化及规划建设提供科学的参考依据。

关键词：光伏电源  逆变器  PSCAD/EDC  双环控制策略  最大功率输出

中图分类号：TM 914                               文献标识码：A                         文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0115-04

Abstract：In order to improve the impact of grid-connected photovoltaic power supply inverters on the voltage of distribution network， a reasonable distributed photovoltaic grid-connected planning scheme is proposed. A dual-loop control strategy is established for the stability of output power. The whole photovoltaic micro-grid system model is established by using simulation software PSCAD/EDC. The control strategy is optimized with double-loop control to maximize the output power of photovoltaic power generation system through the inverter. Through simulation experiments， the simulation results can provide a scientific reference for the optimization and planning of photovoltaic power generation control system.

Key Words：Photovoltaic Power Supply; Inverter; PSCAD/EDC; Double-loop control strategy;Maximum power output

1  引言

随着全球能源短缺和环境污染的日益恶化，分布式光伏发电以其资源丰富、清洁无污染等优势得到了国家能源政策的扶持和社会的广泛关注[1]。随着光伏发电多个容量的不断接入，光伏逆变器控制策略研究尤为重要，提高控制的内外淮控制，随着容量增加对光伏发电逆变器对电网系统参数电能指标影响越来越明显[2-3]。

2  光伏逆变器双环控制策略数学模型

光伏并网逆变器逆变器控制策略主要研究分为内环电流控制和外环电压控制;其中，内环电流控制主要用于实现逆变器交流侧电流波形和相位的直接控制，来实现快速对参考电流完成跟踪的目的。外环电压控制根据控制目标可以实现定直流电压控制、定有功功率控制、定无功功率控制和定交流电压控制等控制目标。

逆变器电网电压定向的矢量控制，要实现逆变器有功功率﹑无功功率的控制，关键在于Id、Iq的控制，在静止dq坐标系下，建立三相并网发电系统数学模型，dq坐标系下的并网发电系统数学模型，研究根据基尔霍夫电压方程，得：

（1）

其中，令矢量，x为对应的物理量，下标a、b、c表示各相向量，而。 式中，L为滤波电感，R为电感的寄生电阻。利用Clark变换将三相静止坐标系下的系统模型转化为两相静止坐标系下的系统模型，Clark变换满足[4]：

（2）

式中，T表示变换矩阵，

为αβ两相静止坐标系下矢量，。

对式（1）与（2）进行联立，可得：

（3）

利用Park变换将两相静止两相静止α北塔坐标系下坐标系下的系统模型转化为两相旋转dq坐标系下的系统模型，即：

表示变换矩阵  （4）

将上式（3）与（4）联立，可得，

式中，

因此，dq坐標下，三相并网系统的模型为[5]：

（6）

从（5）与（6）可以看出，dq轴中存在耦合关系，而为了实现d、q轴间的解耦，因为易于实现等优点，本文引入前馈解耦的方法，实现dq轴的解耦控制。对Id和Iq进行比例积分调节时，使得[6]：

（7）

通过（7）式可知，系统引入前馈控制量，使得（6）式模型中的耦合项进行相互消除，从而实现解除耦合的目的。如下式所示[7]：

（8）

由（8）分析可以得到，基于电压定向的矢量控制系统结构图1，让无功电流的给定值;从而使得功率因数为1，满足并网的需要[8]。根据需要输出的有功功率大小，对有功电流的给定值大小进行设定，利用电压、电流传感器检测三相电网电压eabc与三相并网电流iabc，通过同步锁相环与坐标变换，将同步旋转坐标系中的直流分量Id与Iq给定值进行比较，并用PI控制器来调节。然后引入状态反馈与电网电压前馈环节进行解耦，输出量经过坐标逆变换得到三相调制波，通过SPWM调制实现逆变器的并网控制。通过电压电流双环控制方式实现本系统的控制，在直接电流的控制下，采用基于电网电压定向的矢量控制方案，保证系统以单位功率因数并网运行[9]。