光伏并网逆变器控制策略与实现

徐昂 母欣雨

摘要：随着化石能源的日益衰竭和温室效应的愈发严重，各国政府都在努力改变能源消费结构，积极推进可再生能源产业的发展。其中光伏发电由于具有能量来源取之不竭、用之不尽，发电过程不会污染环境，系统适用范围广、运输方便等优点成为近年来人们研究的热点。并网发电是太阳能规模化发电的必然方向，目前，光伏并网发电是世界光伏发电系统的主流应用方式。逆变器是光伏并网发电系统的核心部件。光伏并网逆变器作为将光伏电池直流电转换为交流电并输入电网这一能量转换与控制过程中的核心设备，影响和决定着整个光伏并网系统的稳定、安全、可靠、高效、使用寿命和成本。

关键词：光伏并网;逆变器;控制策略

1光伏并网逆变器控制策略与实现

光伏并网发电系统中的逆变器需要对电流和功率进行控制，逆变器输出电流主要采用各种优化的PWM控制策略，对给定的电流波形进行跟踪;功率的控制则是通过对太阳能电池最大功率点的跟踪实现。光伏并网逆变器的系统控制策略是关系到系统并网效果的关键所在，对于具有前级DC-DC和后级DC-AC组成的具有两级变换的光伏并网逆变系统，二者之间应设置一个容量够大的电容，在起到滤波、缓冲两级之间能量变化的同时，也将前、后两级的控制实现隔离和解耦，这就使我们可以针对两级的控制分而论之。一般的，最大功率点跟踪功能大都会放在前级DC-DC变换器的控制中去实现，因为前级更接近PV光伏阵列，其控制的实时性更好，系统惯性更小，更容易方便地实现系统控制的精确和迅速。而在后级的DC-AC环节，并网逆变器则需更多地考虑到网侧电压的影响，在保持前后级电压相对稳定的同时，还要实现并网电流控制，有时还要承担参与电网无功功率的调节任务。

1.1并网逆变器的控制目标

光伏并网系统是将太阳能电池板发出的直流电转化为正弦交流电，从而向电网供电的一个装置，它实际上是一个有源逆变系统。并网光伏逆变器的控制目标为：控制逆变电路输出的交流电流为稳定的、高品质的正弦波，且与电网电压同频、同相。因此选择并网逆变器的输出电流Iout作为被控制量，并网逆变工作方式下的等效电路和电压电流矢量图如图3.12所示，其中Unet为电网电压、Uout为并网逆变器交流侧电压，Iout为电感电流。因为并网逆变器的输出滤波电感的存在会使逆变电路的交流侧电压与电网电压之间存在相位差θ，即为了满足输出电流与电网电压同相位的关系，逆变输出电压要超前于电网电压。

1.2SPWM波形的实现方式

这里我们谈到的逆变器是电压型逆变器，所以我们讨论的也就是电压型PWM逆变电路的控制方法。其控制方法目前主要分为计算法和调制法。所谓计算法，就是按照给定的输出正弦波的频率、幅值和每半个周期内SPWM波形的脉冲数等参数，计算出SPWM波形中各个脉冲的宽度和间隔，并按照这个计算数据来对逆变电路中的开关器件进行控制，便可得到所需的SPWM波形。

SPWM采样方法主要有自然采样法、不对称规则采样法、对称规则采样法，我们在这里使用对称规则采样法。如图3-6所示，以等腰三角波的峰值为采样点，从该点作垂线，交调制信号波形于D点，过D点作一水平线，交等腰三角波于B、C两点，则B点对应时刻为控制IGBT开通的时刻，C点对应时刻为控制IGBT关断的时刻，所以，在B、C两点之间的时间段内输出脉冲波形，每个在波周期内都遵循这个规律，便可产生SPWM波形。

有與DSP内的通用定时器产生三角波波形时，计数从零开始到周期值再向下倒数至零，所以无法产生负半波。为了简化DSP控制程序的编写，我们可以将坐标系整体平移，使其原点位于三角波波谷处，便可以轻松等效得到具有负半波的双极性三角波。从图17可见，三角波幅值会变成Ur，再令三角波周期为Tr，令其频率为fr。假设正弦调制信号波形的频率为fs，幅值为Us。则，正弦调制波函数为：

很明显，载波比N的值越大，在单个正弦波周期内进行的采样次数就越多，所产生的脉宽调制波频率就越高，SPWM波对正弦波形的等效效果也就越好。在本文中，我们取载波比N=60，取调制度M=0，8，又由于等腰三角形波的频率fr是3kHz，所以可以算出正弦调制波的频率fs应该为工频50Hz。从图3-6中观察可得：

再将Us=MUr/2带入上式，不难得到：

其中，ts为采样时刻，而ωt=，k=0、1、2、···、N-1。这样，可以将采样时刻的数值Ton制成数据表存储在DSP芯片中，用查表的方式代替计算，以提高程序效率。

Ton对应的是EV中CMPR1的值，而Tr对应的是2T1PR，所以将它们带入上面的式子可以得出：

这是三相波形中A相SPWM控制方法，对于本文所研究的B相和C相的控制，只需在A相的基础上分别旋转120°和240°即可。

参考文献

[1]廖志凌，张豪，陈兆岭.共地型五电平单相非隔离光伏并网逆变器[J/OL].中国电机工程学报：1-14

临沂大学 276000