摘要：随着科学技术的发展，我国的光伏发电技术有了很大进展，并在并网逆变器控制中得到了广泛的应用。本文从光伏发电系统中并网逆变器的控制策略研究课题的背景和意义入手，对光伏发电系统中的并网逆变系统进行数学建模与分析。明确了光伏发电逆变系统的数学模型及工作原理后，针对一般的并网逆变器的控制策略没有实时更新参考信号的缺陷，提出了一种改进型的双闭环电流控制策略。在Matlab/Simulink软件环境中构建并模拟运行仿真模型。与其他常规控制策略相比，改进型双反馈闭环电流控制策略能稳定地跟踪电网电压相位，输出良好的并网电流波形。仿真成功验证了改进型策略的可行性。
关键词：光伏发电系统;并网逆变;数学建模;逆变器;参考信号
引言
太阳能作为无污染、无损耗、可持续利用的新型能源，近年来得到迅速的发展。其大量接入配电网系统，也改变了电网传统的运行方式。因光伏发电系统受天气因素的影响较大，输出功率具有间歇性和强烈波动性等特点。特别是在光照比较充足的情况下，光伏发电输出的功率较高，在光伏发电占比较大的配电网系统中极易引起过电压现象，严重影响电能质量。
1光伏并网基本结构
以实际的光伏发电并网系统为参考，对其进行仿真建模。太阳能电池组件将太阳能转化为电能，通过DC－DC升压装置和DC－AC逆变装置将光伏电池输出直流电转化为交流电进行并网。为了让光伏发电系统尽可能多的输出功率，对于前级DC－DC变换采用ＭＰＰＴ控制策略。为了使光伏发电系统向电网提供功率可控，对光伏发电系统后级DC－AC并网逆变器采用PQ控制方式。
2光伏并网逆变器常用控制策略
2．1电流跟踪控制策略
电流跟踪控制策略(简称电流控制)的控制思路是将逆变器的输出视为电流源。逆变器系统和电网的并联运行可以看作并联连接的电流源和电压源。在并网运行期间，仅需要确保并网电流的频率、相位和电网中的电压一致，以实现运行条件。使用这类控制策略的方法主要包括:三角波比较控制方式、瞬时值滞环控制方式以及无差拍控制方式。
2.2PQ控制策略
光伏发电的输出功率受所处外界环境的影响很大，其输出功率具有明显的波动性间歇性，这将导致电网电压偏差、电压波动等电能质量问题。PQ控制策略通过控制并网逆变器输出的有功无功，使其对电网的冲击达到最小，从而减小光伏发电系统对电网的影响。建立ＰＱ控制策略，如图1所示。
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图1 ＰＱ控制策略
2.3处理谐波电流超标的方法
大型的光伏并网发电系统除了通过逆变器控制技术降低输出电路的IH以外，还可以安装静止无功发生器SVG主动降低谐波水平。SVG的基本原理是将自动换相桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
2.4电压电流双环控制
目前的光伏发电系统研究中，许多专家学者提出了很多双环(回路)控制的方案。其中，常见的就是电压电流双环控制。带电压电流双环控制的逆变器控制策略流程如图2所示。电压-电流双环(回路)控制策略的基本原理介绍如下。双环(回路)控制的外环是采用的电压控制回路，其返还从逆变器输出的电压信号u。此信号与正弦基准电压信号uref相比，比较后的误差值uc，在PI调节器的调节后，结果信号用作内环的参考值iref。双环(回路)控制的内环采用电流控制环，即返还逆变器输出的电流信号i。此信号与从外环获得的电流参考值iref相比较，得到参考值ie。然后，将比较后得到的误差值ie发送到比较器，在具有三角波载波比的比较器的作用下，产生PWM波。最后，根据该PWM波信号来调控功率开关器件的导通和断开。这样就能实现电能的逆变。在此控制策略中，逆变器中的各个开关管的工作频率都是固定的。所以，逆变器输出的谐波频率也是固定的。该控制方法控制效果好。
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图2带电压电流双环控制的逆变器控制策略流程图
2.5无功功率跟踪
当设定逆变器输出参考无功功率为０时，光伏发电系统并网逆变器在ＰＱ控制策略下，虚线为所设定的参考值，实线为并网逆变器输出的值。经过一定的调节时间后，其实际输出的无功功率能够与参考值保持一致，即能对参考无功功率进行跟踪。参考无功功率与实际输出的无功功率波形如图3所示，虚线为所设定的参考值，实线为并网逆变器输出的值。经过一定的调节时间后，其实际输出的无功功率能够与参考值保持一致，即能对参考无功功率进行跟踪。
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图3 恒定无功参考时逆变器实际输出无功功率
2.6改进型双反馈闭环电流控制策略
参考信号就能自动实时更新并且能轻易地使逆变输出满足并网条件。在经过跟踪最大功率点功能模块后，电网电压的参考信号Us与光伏电池输出的信号Ppv相互作用，得到一个电流参考值Iref;此电流参考信号Iref乘以由锁相环锁定的电网电压输出信号(标准正弦波信号)，就会产生一个交流电参考信号iref;接下来，内环控制信号的最终输出电流信号is与由外环控制产生的电流参考值信号iref相比较，并且可以在比较后产生一个误差信号ie;误差信号ie被发送到PI调节器进行调节，随后被送入比较器与三角波相比较;最后，将得到一个逆变器的控制信号来调控逆变器中各个开关管的导通与断开。经过上述控制策略的控制过程，所产生的逆变器的控制信号能够实时、有效地跟随电网电压的实时状态进行调节，使得逆变器输出的电流能够有效地跟踪电网电压。这样不仅使并网环流降到最低，还能有效地使输出的功率因数尽可能接近1。本文所采用的控制方式的控制框图如图4所示。
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图4改进型双反馈闭环电流控制框图
结语
综上所述，本文对光伏发电并网系统中逆变器的控制策略进行了研究。在对光伏逆变系统建模分析以及总结前人对逆变器控制策略的研究基础之上，提出了一种改进型的双反馈闭环电流控制策略，并且通过仿真试验验证了它的正确性与有效性。本文在研究过程中也发现在谐波的处理上还尚有不足，需要继续深入探讨，希望今后能有所突破，使得并网逆变技术更加完善。
参考文献
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