袁悦1 沈联芳1 张烨沁2
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摘要：目前，光伏发电是应用最广泛的太阳能形式。但对我国来说，受土地和光资源的限制，大型光伏电站主要建在沙漠或半沙漠偏远地区。此时，长距离的输电线路会导致线路阻抗增大，用户负荷通常以离网或弱接的形式与外网连接。电网结构薄弱，系统供电能力差。作为光伏并网发电系统中最关键的环节之一，随着远距离电网末端光伏并网逆变器数量的不断增加和单机容量的不断增大，逆变器的控制变得越来越复杂，电网的安全稳定运行是无法保证的。如果不能有效解决逆变器的安全稳定运行问题，将严重影响电网的电能质量，甚至导致整个电力系统的崩溃。
关键词：谐波电压；并网逆变器电流；功率；协调控制
在并网逆变器的各种拓扑结构中，电压型三相逆变器以其直流侧损耗小、能量双向流动、三相平衡送电等优点得到了广泛的应用。由于并网功率因数直接取决于逆变器输出电流与电网电压的相位关系，为了控制并网有功和无功功率，需要实时检测电网电压的相位。在获取电网电压相位信息的各种方法中，基于同步旋转坐标系的锁相环应用最为广泛。锁相环的工作原理是将检测到的电网电压的q轴分量作为反馈量，通过闭环反馈调节机制将该分量控制为零，从而得到电网电压合成矢量的角度。为了避免传统无位置传感器技术存在的问题，进一步提高锁相精度，提出了一种基于扩展状态观测的新型锁相方法。通过闭环调整，得到电网电压合成矢量的夹角。该方法不涉及直接微分或积分运算，因此不需要考虑测量噪声、积分初值等因素对角度估计的影响。电流控制采用基于电网电压合成矢量定向的矢量控制，利用ESO输出实现DQ轴解耦和电网电压前馈控制。
1并网逆变器结构
与LC滤波器相比，LCL滤波器在网络侧增加了电感，可以抑制输入电流的瞬时冲击电流。同时，网侧电容和电感分别具有低电阻和高电阻的特点，可以达到良好的滤波效果。LCL滤波器不仅具有LC滤波器的优点，而且比LC滤波器具有更好的谐波抑制效果。更重要的是，具有APF功能的LCL滤波器可以兼顾通带和带阻的性能，保证所需的补偿带宽，更有利于逆变器在较低的开关频率下获得高质量的并网电流。
加入阻尼电阻的LCL滤波器结构如图1所示。
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逆变器完成功率传输和谐波按捺功能所流过滤波器的均为低频次电流，在此频段LCL滤波器与L滤波器的滤波作用大致相同，因而可将LCL滤波器视作一个大电感LT,LT=L1+L2。电容支路暂且视为开路，先规划总电感量LT。
2操控策略规划
2.1逆变器拓扑结构
在光伏电站中，存在着大量的矩阵式太阳能电池板。矩阵太阳能电池板输出的直流电以光伏阵列的方式输入到逆变器的直流输入端。输入的直流电经过IGBT电源单元进行逆变，然后转换成与电网规范相对应的直流电（如ieee519-1992根据ieee1547-2003，相同频率和相电压的沟通电源频率由滤波单元滤波，然后经过谐波补偿装置对谐波进行补偿，最终将无谐波污染的沟通电源接入电网。最大功率点盯梢（MPPT）是最大功率点盯梢（maximumpowerpointtracking）的缩写，它使光伏阵列的输出功率点最大化。光伏并网逆变器的主要功用是将直流输入转换为沟通输出。输出沟通电压可以完成与电网电压的频率和相位同步，使输出沟通电压与电网电压收敛。在具体应用中，太阳能并网逆变器通常在并网发电系统中发挥核心作用，将太阳能电池板的直流输出逆变为单相沟通输出，沟通输出送入电网，稳定中心电压，经过前置升压斩波器完成对最大功率点的盯梢，并网维护功能相对完善，使系统安全可靠。
2.2谐波电压下的并网逆变器控制策略
谐波电网中三相电压含有高次谐波时，若以并网逆变器输出功率恒定为控制目标，则并网电流中含有高次谐波；若以并网电流无谐波为控制目标，则并网逆变器的输出功率存在倍频波动。为此，采用加权的方法，实现并网电流与功率协调控制。其中，电网电压、电流可由相应的电压和电流传感器测得，根据Ａ值不同可以实现不同控制目标。当时，并网逆变器输出功率无波动；当０ＵＳ１时，并网逆变器的电流与功率协调控制；当Ａ＝１时，实现并网电流无谐波。系统控制部分采用ＱＰＲ控制器。ＱＰＲ控制器在基波频率处增益有限，不会造成系统不稳定，且具有抵抗电网频率波动的能力Ｗ。为实现高次谐波电网下并网逆变器的控制目标，采用ＱＰＲ控制器用于消除坐标系中高次电流谐波或者功率中的倍频波动。
2.3多谐振操控器
为了完成并网逆变器的多功能，合理规划多谐振操控器是必不可少的。操控器的参阅电流由并网功率跟踪电流I*G确认αβ谐波补偿电流I*αβ在规划操控器之前，首要剖析了参阅电流的另一部分I*gαβ本文介绍了网络的产生。
关于三相无控整流桥带阻性负载的非线性负载，存在一个特定的谐波，即6N±1（n=1,2,3，…）谐波。每个谐波的含量与它的阶数成反比。因而，本文要点研讨了对5、7、11、13次谐波含量较高的低次谐波进行补偿，以下降输入电流的总谐波失真。由于理想谐振操控器在谐振频率处的增益是无穷大的，因而与谐振频率相同频率的正弦信号能够完成零稳态差错操控。在电流闭环调理部分，对基频和5、7、11、13次谐波进行补偿。只需要相应频率的谐振调理器，不改变原有的体系结构。同时，为了进步体系的动态功能，在谐振环节并联一个比例因子KP，每个操控器并联构成一个多谐振调理器。
3试验验证
正弦波是一相电网电压，三角波是锁相环的输出弧度。该逆变器能很好地锁定电网电压相位，验证了逆变器锁相环的有效性。
当体系带阻性负载运转时，逆变器的输出电压几乎等于电网电压，逆变器的输出电压能很好地跟从电网电压，完成电压同步运转。同时，输入电流与电网电压在同一频率、同一相位。
当逆变器体系的负载为三相不可控整流桥非线性负载加阻性负载时，非线性负载电流表现出严峻的畸变，绝对不允许流入电网。
在并网逆变器的操控战略中加入APF功能，对非线性负载电流的5次和7次谐波进行补偿。并网时，电网为逆变器供给稳定的电压支撑。逆变器的输出电流波形中含有相应的补偿电流重量，使电网电流不再严峻畸变，而是挨近正弦波电流波形，验证了谐波按捺操控战略的可行性。
逆变器体系在运转初期空载运转，并网后电网电流波形良好，电网电流与逆变器输出电流持平。在t时刻投入非线性负载时，谐波按捺作用显着，输入电流仍为正弦。电流中有少数的低次谐波，由于只要5次和7次谐波被补偿以观察操控作用。
结论
稳定运行、优质供电是新能源发电的基本要求。本文对并网逆变器的功能进行了设计，使其具有有源电力滤波器的谐波抑制功能，形成了增强型多功能控制策略。该控制策略利用逆变器和APF在电路结构上的一致性，将PQ控制和APF功能结合起来。它不仅实现了电力传输，而且补偿了低次谐波，实现了逆变器的多功能应用。
参考文献：
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[2]赵涛，王吉虎，黄家才，等．基于PI和重复控制三相并网逆变器的设计[J]．电力电子技术，2019,49(1):20-22.