小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制策略的研究與設(shè)計

尹偉

摘 要：小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制電路，由采樣與信號處理電路、過零點(diǎn)捕獲電路和保護(hù)電路構(gòu)成。在對小功率光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行設(shè)計完善時，需要提升控制裝置的反應(yīng)速度，分析電流控制器PI節(jié)點(diǎn)對控制并網(wǎng)電流的影響因素。本文對光伏并網(wǎng)逆變器的應(yīng)用價值做出分析，研究SPWM的電流瞬時值。分析該類裝置的控制原理和控制結(jié)果，構(gòu)建控制函數(shù)模型，優(yōu)化控制裝置的調(diào)節(jié)設(shè)計水平，對設(shè)計期間的仿真結(jié)果做出分析，保證控制策略的有效性。

關(guān)鍵詞：小功率并網(wǎng)；逆變器；SPWM控制策略

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0160-01

小功率光伏并網(wǎng)逆變器是光伏組件與電網(wǎng)連接的主要裝置，其控制策略也一直在被研究和應(yīng)用。將光伏電網(wǎng)逆變器合理的嵌入電網(wǎng)之內(nèi)，提升系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。在分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)時，也需要對小功率光伏電網(wǎng)逆變器的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研討，克服隔離性變壓器的使用困難，保證高頻變壓器隔離性設(shè)計的合理性。工頻變壓器的產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，在分析開關(guān)頻率因素時，也需了解光伏并網(wǎng)逆變器的頻率變化周期，了解電壓的輸入方式，考慮節(jié)能效果和成本控制策略。

這需要了解電壓源電流的構(gòu)成以及電流瞬時值的反饋機(jī)制組成部分。分析重復(fù)控制、無差拍控制以及電流SPWM控制機(jī)制的組成結(jié)構(gòu)。在分析電流瞬時值時，也需要了解電流瞬時值的反饋滯環(huán)控制環(huán)節(jié)。在分析開關(guān)頻率時，需要分析SPWM的控制基礎(chǔ)以及電流瞬時值跟蹤技術(shù)的應(yīng)用方式。

光伏并網(wǎng)逆變器的輸出裝置組成復(fù)雜，波形變化快，容易受電網(wǎng)系統(tǒng)中的非線性因素影響，電壓的變化周期也存在一定的不可控制性。故而，采用傳統(tǒng)的周期擾動方式不能完全完成對并網(wǎng)畸變電流的控制，需要分析前饋控制因素，解決控制控制難題，分析光伏并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行原理，找準(zhǔn)電流控制點(diǎn)以及并網(wǎng)電流應(yīng)用期間的負(fù)面影響。對于電網(wǎng)電壓的前饋控制機(jī)制而言，搭建有效的控制模型可以消除并網(wǎng)電流控制系統(tǒng)中的不良影響，提升控制策略的可行性。在對輸出濾波器進(jìn)行研究時，需要分析控制節(jié)拍，了解系統(tǒng)的應(yīng)用特定，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

1 控制模型的分析和設(shè)計

1.1 小功率并網(wǎng)光伏逆變器的應(yīng)用原理

小光伏并網(wǎng)控制逆變器的應(yīng)用期間，對電流的矢量進(jìn)行管理和調(diào)控，分析并網(wǎng)控制元素和網(wǎng)側(cè)有功以及無功的關(guān)聯(lián)性。在分析并網(wǎng)交流側(cè)的相關(guān)穩(wěn)態(tài)矢量因素時，也需要了解電動勢的矢量以及逆變器交流側(cè)的電壓變化值。分析電感電壓之間的矢量和，了解輸出電流矢量因素和變壓器的工頻隔離原則。用公式表示小功率光伏并網(wǎng)逆變器之間的關(guān)聯(lián)性。使用UA表示逆變器交流側(cè)兩電感電壓矢量和，分析工頻隔離變壓器之間的比例，對照變壓器的輸出功率以及輸出原則，讓變壓器的兩端電壓持平。用I來表示輸出電流矢量，is表示并網(wǎng)電流，通過L3線路的電流表示為iL3。之后判定電流設(shè)計因素，保證輸出濾波電容的合理性。了解逆變器的高頻諧波抑制作用，分析電容的設(shè)計機(jī)理，忽略逆變器交流側(cè)電感的等效電阻，可以用以下公式做出表示，UA=Us+UL，UA=jwLI。分析并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)原理，以及電壓矢量的計算模式。分析Ui信號和三角波之間的比較關(guān)系，分析SPWM波，利用驅(qū)動裝置，完成對光伏并網(wǎng)逆變器的有效控制。

1.2 光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計控制原則

分析逆變器并網(wǎng)的控制原理，了解逆變器中系統(tǒng)的直流變化因素，做好穩(wěn)壓鎖相以及并網(wǎng)電流的控制。電壓環(huán)和直流母線中的電壓參考值存在一定的聯(lián)系。在分析PI輸出量時，電壓環(huán)輸出量作為參考值，實(shí)現(xiàn)對直流母線的穩(wěn)壓，電流環(huán)和正弦信號的乘積作為電流參考信號。調(diào)控小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制使用方式時，需要保障并網(wǎng)電流和電壓的相位一致，分析電流信號參考值也需要了解電流采樣值以及電流參考信號之間的差異。誤差信號經(jīng)過電流環(huán)PI輸出量和并網(wǎng)電壓之間的三角波進(jìn)行比較，通過PWM輸出SPWM波形，對并網(wǎng)電流的進(jìn)行控制。

1.3 光伏逆變器的控制分析

分析光伏逆變器的控制目標(biāo)，分析SPWM電流瞬時值。在分析跟蹤控制應(yīng)用技術(shù)時，也需要了解電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的控制方式。分析輸出電流質(zhì)量，了解電流反饋點(diǎn)上的電流變化，完成對電網(wǎng)電壓控制信號調(diào)節(jié)以后，也能對電路中的比例系數(shù)做出判定。

2 小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制環(huán)節(jié)設(shè)計

2.1 逆變環(huán)節(jié)

分析系統(tǒng)中的SPWM調(diào)控方式，了解調(diào)制區(qū)間的差異性，設(shè)計逆變輸出裝置以及調(diào)制輸入裝置之間的函數(shù)計算形式，分析小功率光伏并網(wǎng)逆變器的變化周期和滯后因素，設(shè)計裝置延時計劃和開關(guān)變化周期，經(jīng)分析，函數(shù)關(guān)系傳遞表達(dá)式為：

（1）KPWM==

（2）GINV（s）=KPWM×e-Tss

Usin（s）正弦波調(diào)制信號，Utri三角載波信號，Kpwm調(diào)制器輸入到逆變器輸出函數(shù)，GIVN（s）逆變環(huán)節(jié)。

2.2 濾波反饋

分析濾波反饋因素，了解電網(wǎng)電流的變化以及T型濾波器的傳遞函數(shù)，可將函數(shù)傳遞公式表現(xiàn)為：

=

R為T型濾波器中C串聯(lián)電阻，逆變器輸出側(cè)電流為L2，T型濾波器輸出側(cè)電流為L3。

如公式中的模型所表示，可以對濾波器的電阻阻值作出分析，了解控制帶寬的限制性因素，分析輸出電流以及濾波輸出裝置之間的關(guān)聯(lián)性?？偨Y(jié)結(jié)論，判定逆變輸出側(cè)電流的傳遞函數(shù)差異。

2.3 電網(wǎng)電壓的前饋環(huán)節(jié)分析

研究并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)中的電網(wǎng)電壓誤差，建立表示公式，如下：

（3）

從公式中可以判定小功率光伏電網(wǎng)控制策略的應(yīng)用了路徑，利用傳遞函數(shù)，計算點(diǎn)電流誤差值，分析電路擾動因素。

2.4 功率開關(guān)管參數(shù)計算及選擇

逆變器性能在和功率開關(guān)管存在很大聯(lián)系。MOSFET管開關(guān)頻率高，額定電流可致kA等級，缺點(diǎn)是但耐壓能力差，在兩端電壓升高以后，導(dǎo)通電出現(xiàn)變化而。IGBT通常被應(yīng)用在大功率領(lǐng)域，耐壓值高，但開關(guān)頻率不如MOSFET。小功率光伏并網(wǎng)逆變器中，通常將開關(guān)管的工作開關(guān)頻率控制在20kHZ，最大電壓區(qū)間400V，所以選用IGBT效果更好。

3 結(jié)語

本文對小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略進(jìn)行了研究，分析設(shè)計方式，以及基于工頻變壓器的并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析電流瞬時值，制定跟蹤策略，降低并網(wǎng)電流諧波和改善功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)小功率并網(wǎng)控制策略應(yīng)用。

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