小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制策略綜述

玄兆燕，馬振宇，景會(huì)成，趙欣

（1.華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北唐山063009；2.華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063009；3.唐山市拓又達(dá)科技有限公司，河北 唐山 063020）

小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制策略綜述

玄兆燕1，馬振宇1，景會(huì)成2，趙欣3

（1.華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北唐山063009；2.華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063009；3.唐山市拓又達(dá)科技有限公司，河北 唐山 063020）

為提高小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)工作性能，以兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器為對(duì)象，對(duì)其各種策略進(jìn)行了對(duì)比分析。從逆變系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的3種整體控制策略進(jìn)行了分析。對(duì)于風(fēng)能最大功率跟蹤（MPPT）控制，給出了最大風(fēng)能捕獲方法和最大電功率輸出方法，指出最大風(fēng)能捕獲方法在實(shí)際應(yīng)用中的困難，重點(diǎn)介紹了最大電功率輸出方法；對(duì)于直流母線電壓及并網(wǎng)電流控制，由于其為整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，著重探討了其各種控制策略，分析其優(yōu)缺點(diǎn)并給出了改進(jìn)方案；并網(wǎng)濾波器作為改善并網(wǎng)電能質(zhì)量的有效方法，對(duì)其作用及分類進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。最后，針對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器控制策略的發(fā)展趨勢(shì)給出了諸多展望。

兩級(jí)式；并網(wǎng)逆變器；最大功率跟蹤控制；直流母線電壓控制；并網(wǎng)電流控制

Abstract:Analysis and comparisons of various control strategies were carried out，to improve the grid-connected performance of small scale wind power generation system，while the two stage grid connected inverter was taken as an object.Starting from control objectives inverter system needs to achieve，the analysis were carried out on the existing three overall control strategy.For wind energy maximum power point tracking（MPPT）control，the maximum wind energy capture method and the maximum power output were given，the difficulties in the maximum wind energy capture method in practical application were pointed out，the maximum power output method was focused on.Because DC-link voltage and grid current control are key links for the entire wind power system，its various control strategies were emphatically discussed，its advantages were analyzed and the improvement plan was put forward.Grid connected filter was as an effective method to improve the quality of grid connected power，its function and classification were briefly discussed.Finally，the development trend of small wind power system two levels of grid inverter control strategies were presented.

Key words:two-stage；grid-connected inverter；maximum power point tracking control；DC-link voltage control；grid current control

隨著化石能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，綠色可再生能源得到了快速發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外建立了大量風(fēng)力、光伏發(fā)電站。我國(guó)總體風(fēng)能資源較豐富，但分布不均勻，出現(xiàn)了風(fēng)能資源富集區(qū)域與負(fù)荷中心區(qū)域逆向分布［1］。使得大型風(fēng)電站必須經(jīng)過(guò)高壓遠(yuǎn)距離運(yùn)輸才能到達(dá)負(fù)荷中心，不僅增加了投資成本，還造成一定資源的浪費(fèi)。此外，由于風(fēng)速的隨機(jī)性使得大型風(fēng)電站的接入給公用電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來(lái)很大的沖擊。

為解決這些問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電重心逐漸由“大型集中式”向“小型分布式”接入傾斜［2］。分布式發(fā)電系統(tǒng)以其投資少、沖擊性低、位置靈活等優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)了我國(guó)風(fēng)力資源分布特點(diǎn)，得到了大力發(fā)展。小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為分布式發(fā)電的重要組成單元，近年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注［3］。并網(wǎng)逆變器是小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵電氣設(shè)備，其控制策略與風(fēng)電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、高效性等各種性能密切相關(guān)，影響整個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)及電網(wǎng)運(yùn)行。兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器由于其控制算法簡(jiǎn)單、諧波含量低、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，被更多地應(yīng)用到小型風(fēng)電系統(tǒng)中。當(dāng)今很多控制策略都是針對(duì)光伏式發(fā)電系統(tǒng)，并不完全適用于風(fēng)力發(fā)電。因此，構(gòu)建精準(zhǔn)的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)架，采用適合風(fēng)電系統(tǒng)的控制策略有待進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。

本文針對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器控制策略進(jìn)行綜述，對(duì)MPPT控制進(jìn)行了分類，詳細(xì)介紹了應(yīng)用在兩級(jí)逆變器中的控制方法。對(duì)直流母線電壓及并網(wǎng)電流控制進(jìn)行了探討分析，給出了優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方案。最后指出了小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器控制策略的發(fā)展趨勢(shì)。

1 整體控制策略分析

1.1 控制目標(biāo)

整個(gè)風(fēng)力發(fā)電逆變系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)3個(gè)目標(biāo)：

1）實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，提高輸入功率；

2）穩(wěn)定升壓后直流母線電壓值，保證逆變環(huán)節(jié)的正常進(jìn)行；

3）實(shí)行并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，使其單位功率因數(shù)并網(wǎng)。

1.2 控制策略

針對(duì)這3個(gè)控制目標(biāo)，目前兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器有3種控制策略。A策略：前級(jí)DC-DC實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)壓，后級(jí)DC-AC實(shí)現(xiàn)MPPT控制，并完成單位功率因數(shù)并網(wǎng)。B策略：前級(jí)DCDC實(shí)現(xiàn)MPPT控制，后級(jí)DC-AC實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定和單位功率因數(shù)并網(wǎng)。C策略：在DC-DC和DC-AC電路中聯(lián)合實(shí)施MPPT控制方法，前級(jí)實(shí)施全局搜索實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)（MPP）的快速近似定位，后級(jí)利用前級(jí)的結(jié)果對(duì)Boost電路占空比微調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MPP的準(zhǔn)確定位［4］，該方法能夠在外界條件劇烈變化時(shí)實(shí)現(xiàn)MPPT，但此時(shí)MPPT控制和并網(wǎng)電流控制存在嚴(yán)重耦合，因此控制策略相對(duì)復(fù)雜，逆變電流質(zhì)量較易受到影響［5］，不適合實(shí)際應(yīng)用。

1.3 控制策略比較分析

圖1為整體控制框圖。

圖1 整體控制框圖Fig.1 Integral control block diagram

A策略控制框圖如圖1a所示，Boost開(kāi)關(guān)直接通過(guò)升壓后的電壓來(lái)控制，能夠較快實(shí)現(xiàn)直流母線電壓穩(wěn)定，穩(wěn)壓效果好且穩(wěn)定后母線電壓接近直線。指令電流參考幅值是由整流后的電流Iw、電壓Uw通過(guò)MPPT控制器得到。但MPPT的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)后級(jí)控制前級(jí)間接實(shí)現(xiàn)的，搜索精度低且和Boost穩(wěn)壓控制存在耦合，控制策略相對(duì)復(fù)雜。B策略控制框圖如圖1b所示，前級(jí)能夠直接進(jìn)行MPP搜索，搜索精度高。指令電流參考幅值是以升壓后的電壓Udc為依據(jù)，通過(guò)后級(jí)控制器得到，實(shí)現(xiàn)了前后兩級(jí)解耦控制，因此得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但B策略是依靠后級(jí)的電壓環(huán)從功率平衡的角度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢且直流電壓有波動(dòng)。為了解決這一問(wèn)題，很多學(xué)者對(duì)其控制策略進(jìn)行了具體研究［6-7］。

2 最大功率跟蹤控制

2.1 最大風(fēng)能捕獲方法

最大風(fēng)能捕獲方法是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的利用。按照控制目標(biāo)的不同，可以分為2類：第一類以最佳葉尖速比為控制目標(biāo)，對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；第二類以風(fēng)力機(jī)輸出功率為控制目標(biāo)，對(duì)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。

第一類包括葉尖速比法、功率信號(hào)反饋法（也稱功率曲線法或最優(yōu)轉(zhuǎn)矩法）［8］。葉尖速比法需要實(shí)時(shí)測(cè)量風(fēng)速，與風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的葉尖速比進(jìn)行差值計(jì)算，來(lái)調(diào)整風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終運(yùn)轉(zhuǎn)在最大風(fēng)能利用點(diǎn)。功率信號(hào)反饋法是根據(jù)最佳功率曲線，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的輸出功率，從而獲得最佳葉尖速比，捕獲最大風(fēng)能。這類方法的缺點(diǎn): 1）需要建立精確的風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型；2）需要風(fēng)速測(cè)量裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)速。因此，在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的局限性。

第二類是三點(diǎn)比較法，其原理是在某一特定風(fēng)速下，根據(jù)風(fēng)力機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，在該曲線上取3個(gè)不同角速度對(duì)應(yīng)的輸出功率進(jìn)行比較，根據(jù)功率大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠用軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。三點(diǎn)法控制原理如圖2所示。在圖2a的情況下，需要增加機(jī)械角速度；在圖2b的情況下，需要減小機(jī)械角速度；在圖2c的情況下，需要調(diào)整角速度在ω2與ω3之間，直到獲得最大的風(fēng)力機(jī)輸出。

圖2 三點(diǎn)法控制原理Fig.2 Three control principle of 3 point method

2.2 最大電功率輸出方法

最大電功率輸出方法是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的功率，以達(dá)到發(fā)電機(jī)功率輸出最大，從而達(dá)到最大功率跟蹤控制的目的。主要包括爬山法和最大功率控制小信號(hào)擾動(dòng)法。

2.2.1 爬山法

爬山法主要應(yīng)用在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。此法是人為的對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行干擾，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速趨于給定，反復(fù)進(jìn)行搜索，調(diào)節(jié)輸出功率，直到達(dá)到發(fā)電機(jī)最大功率輸出。

圖3為風(fēng)力發(fā)電輸出功率特性曲線。

圖3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率特性曲線Fig.3 Output power characteristic curves of wind power generator

圖3中，當(dāng)系統(tǒng)功率達(dá)到最大值，此時(shí)占空比變化量ΔD=0。當(dāng)系統(tǒng)工作在A區(qū)，需調(diào)節(jié)占空比D向頂點(diǎn)方向增大；當(dāng)系統(tǒng)工作在B區(qū)，需調(diào)節(jié)占空比D向頂點(diǎn)方向減小。如此反復(fù)調(diào)節(jié)使系統(tǒng)平均功率達(dá)到最大值，實(shí)現(xiàn)MPPT功能。其優(yōu)點(diǎn)為不需要測(cè)定風(fēng)速裝置，可由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制；系統(tǒng)具有一定自適應(yīng)能力，適合小慣性的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。缺點(diǎn)為在MPP處轉(zhuǎn)速振蕩，使輸出功率有波動(dòng)；在慣性較大的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，跟蹤速度慢。

近年來(lái)，由于智能控制的非線性、先進(jìn)性和自優(yōu)化性等特點(diǎn)，也被引入了MPPT控制中。文獻(xiàn)［9］提出了基于粒子群優(yōu)化的爬山法，使得系統(tǒng)能夠快速精確地工作在MPP處，提高了傳統(tǒng)爬山法的搜索速度。但這些智能控制方法建模復(fù)雜，在工程實(shí)際應(yīng)用中仍存在很多問(wèn)題。

2.2.2 最大功率控制小信號(hào)擾動(dòng)法

最大功率控制小信號(hào)擾動(dòng)法的控制過(guò)程為：在系統(tǒng)中注入緩慢變換的小幅正弦波擾動(dòng)信號(hào)，通過(guò)在正弦波信號(hào)的極值點(diǎn)時(shí)刻對(duì)輸出電流采樣，利用采樣值差的積分產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。其控制原理如圖4所示，正弦擾動(dòng)信號(hào)幅值為Dm，角頻率為ω0。

圖4 最大功率小信號(hào)擾動(dòng)法控制原理Fig.4 Control principle of maximum power small signal perturbation method

若系統(tǒng)工作在點(diǎn)a1，其對(duì)應(yīng)的占空比為d1，正弦擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的擾動(dòng)量在d2和d3之間連續(xù)變化，此時(shí)瞬時(shí)占空比d為

式中：I2，I3為來(lái)自電流檢測(cè)回路的電流。

當(dāng)輸出電壓恒定，輸出功率與輸出電流成正比K時(shí)，式（1）才成立。

結(jié)合圖3進(jìn)行具體工作分析：當(dāng)系統(tǒng)工作在A區(qū)時(shí)，為使系統(tǒng)工作在最大功率處，需增加占空比d；當(dāng)系統(tǒng)工作在B區(qū)時(shí)，為使系統(tǒng)工作在最大功率處，需減少占空比d。當(dāng)電流檢測(cè)回路電流I2=I3時(shí)，此時(shí)占空比穩(wěn)定在最大點(diǎn)上，輸出電流和擾動(dòng)信號(hào)之間的相位差為90°。

最大功率小信號(hào)擾動(dòng)法成功的關(guān)鍵為如何正確選取擾動(dòng)信號(hào)參數(shù)。擾動(dòng)信號(hào)角頻率太大，系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)；角頻率太小，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢；幅值太大，系統(tǒng)波動(dòng)大；幅值太小，不易檢測(cè)，控制性能差［10］。角頻率選取原則為各頻率特性曲線能在誤差范圍內(nèi)相互分離；幅值選取原則為在各種風(fēng)速條件下，均能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)點(diǎn)的尋找。

3 直流母線電壓及并網(wǎng)電流控制

3.1 直流母線電壓控制

電壓環(huán)的任務(wù)主要是完成給定電壓參考值的跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定，并得到指令電流參考幅值。由于被控對(duì)象為定值，理論上利用PI控制器即可實(shí)現(xiàn)較好的跟蹤控制。如圖5所示，直流側(cè)電壓給定參考值與實(shí)際測(cè)得的電壓值作比較，差值送入電壓環(huán)控制器，得到參考幅值，該值再被送到電流環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)控制發(fā)生作用。

3.2 并網(wǎng)電流控制

圖5 直流母線電壓及并網(wǎng)電流控制框圖Fig.5 DC-bus voltage and grid connected current control block diagram

電流環(huán)是逆變器并網(wǎng)控制的關(guān)鍵，它最終決定了逆變器并網(wǎng)電流的質(zhì)量。為了保證逆變電流符合并網(wǎng)要求，很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，提出了各種控制策略。如PI控制［11-12］、比例諧振PR控制［13-15］、滯環(huán)控制［16-17］、無(wú)差拍控制［6，18］和重復(fù)控制［19-20］等。

PI控制算法簡(jiǎn)單、可靠性高、魯棒性強(qiáng)，容易用軟件實(shí)現(xiàn)，適合應(yīng)用在易于數(shù)學(xué)建模的控制系統(tǒng)。但其對(duì)電流跟蹤存在誤差，受電網(wǎng)電壓及功率擾動(dòng)的影響大，對(duì)各低次電流諧波缺乏抑制能力。為了得到良好的并網(wǎng)電流波形且抑制諧波的影響，文獻(xiàn)［11］提出了電流PI控制與電網(wǎng)電壓前饋相結(jié)合的SPWM復(fù)合跟蹤控制策略，仿真結(jié)果表明該策略能夠有效地減少并網(wǎng)電流諧波，但系統(tǒng)不能消除穩(wěn)態(tài)誤差且網(wǎng)壓前饋增加了電流檢測(cè)的復(fù)雜程度。文獻(xiàn)［12］提出了一種基于干擾觀測(cè)器的PI控制，該控制策略保留了傳統(tǒng)PI控制的優(yōu)點(diǎn)，并且很大程度地改善了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，但該策略需要引入低通濾波器來(lái)建立外部干擾對(duì)應(yīng)的精確數(shù)學(xué)模型。

PR控制利用基波頻率處的諧振得到基頻處的無(wú)窮增益，從而完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，但其對(duì)元器件參數(shù)精度依賴性很強(qiáng)，且在非基頻處諧波抑制效果較差。因此，一種具有優(yōu)越性能的準(zhǔn)PR控制被提出。準(zhǔn)PR控制既能保持PR控制的高增益性，同時(shí)解決了非基頻處諧波抑制差的缺點(diǎn)，但其不能提供相角補(bǔ)償且控制參數(shù)的整定有很大的局限性。文獻(xiàn)［13］在準(zhǔn)PR基礎(chǔ)上提出了準(zhǔn)PRD控制，即在PR控制中加入微分控制，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能，提供了相角補(bǔ)償，但其具體參數(shù)不易設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［14-15］把智能控制策略引入進(jìn)來(lái)，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，解決了參數(shù)整定困難，但其分別引入了模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，方法相對(duì)復(fù)雜，實(shí)施于單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中存在較大難度。

電流滯環(huán)控制框圖如圖6所示，利用滯環(huán)帶寬把電流跟蹤誤差限制在帶寬范圍內(nèi)，根據(jù)電流跟蹤誤差是否超過(guò)滯環(huán)帶寬來(lái)決定功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。該策略響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高，輸出的并網(wǎng)電流不含特定次諧波，其硬件電路易于實(shí)現(xiàn)。但該控制開(kāi)關(guān)頻率不固定，可靠性低，使得逆變器及輸出濾波器設(shè)計(jì)難度增大。為了解決開(kāi)關(guān)頻率問(wèn)題，文獻(xiàn)［16］提出了一種改進(jìn)的定頻滯環(huán)電流控制算法，首先將線電壓空間矢量的復(fù)平面分區(qū)，再控制每個(gè)區(qū)的線電流，調(diào)節(jié)滯環(huán)寬帶。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是在沒(méi)有額外建立模擬電路的條件下便可實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)頻率的穩(wěn)定控制，但在對(duì)各相線電流單獨(dú)控制時(shí)仍需對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行解耦計(jì)算。文獻(xiàn)［17］提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)整的自適應(yīng)滯環(huán)控制策略，仿真結(jié)果表明該策略能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)頻率的恒定，且當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率處在較高狀態(tài)時(shí)，仍然能保證正弦電流的質(zhì)量，但該策略需要依賴電氣參數(shù)來(lái)自適應(yīng)地改變滯環(huán)寬度。

圖6 電流滯環(huán)控制框圖Fig.6 Current hysteresis loop control block diagram

無(wú)差拍控制是基于電路模型的控制方法，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，控制精度高且系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試簡(jiǎn)單，但其存在著延時(shí)和嚴(yán)重依賴精確電路模型及準(zhǔn)確元件參數(shù)的問(wèn)題。把電流觀測(cè)器應(yīng)用到預(yù)測(cè)電流中是目前最常用的解決延時(shí)問(wèn)題的方法。文獻(xiàn)［18］提出了一種帶前饋環(huán)節(jié)的無(wú)差拍控制策略，省去了電感電流采樣的硬件環(huán)節(jié)，改善了系統(tǒng)魯棒性，但其引入預(yù)測(cè)狀態(tài)觀測(cè)器，增加系統(tǒng)成本。文獻(xiàn)［6］在提出了一種功率前饋的魯棒預(yù)測(cè)無(wú)差拍控制方法通過(guò)超前控制達(dá)到并網(wǎng)同步，不僅改進(jìn)了文獻(xiàn)［18］的缺點(diǎn)，還減少電感量偏差對(duì)內(nèi)環(huán)控制的影響。

重復(fù)控制是把系統(tǒng)外部誤差信號(hào)引入到控制器內(nèi)，使其具有高精度反饋控制，魯棒性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，但無(wú)法抑制非周期的擾動(dòng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，控制實(shí)時(shí)性差。很多學(xué)者采用其與PI控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略，通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式達(dá)到更好的效果。串聯(lián)組合［19］控制嚴(yán)重依賴PI的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)諧波的抑制能力受到限制。并聯(lián)組合［20］控制魯棒性好，能夠抑制諧波，但存在控制耦合問(wèn)題，如何解除其耦合，將是未來(lái)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

隨著現(xiàn)代控制理論的成熟，很多現(xiàn)代控制策略被應(yīng)用到并網(wǎng)逆變器控制中，每一種策略都有其特性和優(yōu)勢(shì)。因此，可將不同的控制策略整合形成復(fù)合控制應(yīng)用到逆變控制當(dāng)中，以改善逆變系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

4 濾波器的作用

濾波器作為并網(wǎng)逆變系統(tǒng)改善電能質(zhì)量的重要組成部分，其主要功能如下：抑制輸出電流的過(guò)分波動(dòng)及浪涌沖擊；將開(kāi)關(guān)動(dòng)作所產(chǎn)生的高頻電流成分濾除；隔離逆變橋輸出的電動(dòng)勢(shì)與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)全橋開(kāi)關(guān)管。目前常見(jiàn)的逆變器輸出濾波器有3種形式：L型濾波器、LC型濾波器和LCL型濾波器。

單L型濾波器主要應(yīng)用于小功率場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能有效抑制紋波，但其對(duì)高次諧波衰減速度很難滿足要求，需要采用較高的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低諧波電流。并且單電感量比較大，影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的成本和性能。

LC濾波器能夠消除開(kāi)關(guān)頻率附近的高次諧波，但在并網(wǎng)逆變器運(yùn)行中受到電網(wǎng)電壓鉗位作用，使得濾波電容并沒(méi)有起到濾波作用，僅相當(dāng)于本地負(fù)載，影響了并網(wǎng)電流與基準(zhǔn)電流間的相位，因此LC濾波器較少用于并網(wǎng)逆變器中。

LCL濾波器結(jié)合了L，LC濾波器的優(yōu)點(diǎn)，成本低，體積小，輸出波形質(zhì)量高［21］，即使在低開(kāi)關(guān)頻率和較小的電感情況下也能滿足電流諧波衰減要求，而且濾波器的電容也沒(méi)有跟電網(wǎng)直接并聯(lián)，減小了電網(wǎng)高頻諧波的影響。但其存在諧振，使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，通常需要引入無(wú)源阻尼，但又導(dǎo)致系統(tǒng)功耗。因此，現(xiàn)在的濾波器朝著精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、功耗低、成本低的方向發(fā)展。

5 結(jié)論

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)作為分布式發(fā)電的組成單元，是未來(lái)微電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)。研究小型風(fēng)力發(fā)電逆變器及其控制策略具有重要的實(shí)際價(jià)值。

未來(lái)小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變技術(shù)研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

1）整合目前各種控制策略形成性能更加優(yōu)越的復(fù)合控制；

2）并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)對(duì)公共電網(wǎng)電能質(zhì)量的主動(dòng)治理及良好的孤島保護(hù)性能；

3）風(fēng)電存在不穩(wěn)定性，電網(wǎng)電壓瞬間跌落情況下相應(yīng)的控制策略有待進(jìn)一步研究；

4）對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控和人機(jī)界面功能，實(shí)現(xiàn)可視化，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的統(tǒng)一管理。

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Control Strategy Review of Small Wind Power Grid Inverter

XUAN Zhaoyan1，MA Zhenyu1，JING Huicheng2，ZHAO Xin3
（1.College of Mechanical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan063009，Hebei，China；2.College of Electrical Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan063009，Hebei，China；3.Tangshan Toyoda Science and Technology Co.，Ltd.，Tangshan063020，Heibei，China）

TM464

A

10.19457/j.1001-2095.20170909

河北省國(guó)際科技合作項(xiàng)目（16394301）

玄兆燕（1963-），女，博士，教授，Email：1455194609@qq.com

2016-09-01

修改稿日期：2016-12-28