一種并網逆變器功率跟蹤控制策略研究

摘要：分析了一種并網逆變器的功率跟蹤控制方案。由于采用自抗擾控制器(ADRC)，輸出電流能夠很好地跟蹤電網電壓，并能實現最大功率點跟蹤(MPPT)。通過對電流的閉環跟蹤控制，實現了單位功率因數運行，并向電網饋送電能。實驗表明，采用ADRC，穩定快速，輸出電流超調小，能夠有效地抑制各種擾動，且啟動性能與穩定性能都要優于常規控制器。
關鍵詞：逆變器；自抗擾控制器；電流跟蹤控制；魯棒性

1 引言
太陽能以其清潔、無污染，取之不盡、用之不竭的優點備受關注。太陽能的利用方式主要包括熱利用、化學利用和光伏利用。經過近半個世紀的研究，太陽能光伏利用技術及其產業異軍突起，成為能源工業中的一支后起之秀。并網逆變器作為可再生能源發電系統與電網的接入口，在并網發電中起到關鍵作用。因此，研究用于并網逆變器的控制方法具有重大意義和廣闊前景。
這里詳細分析了光伏并網逆變器的工作原理及控制原理，并在此基礎上設計了一種基于ADRC的電流跟蹤控制方案。此控制方案能有效實
現并網電壓跟蹤及MPPT。最后在仿真基礎上，進行了樣機實現設計。

2 光伏并網逆變器工作原理及控制
2．1 并網逆變器工作原理
圖1示出光伏并網逆變器系統組成。并網逆變器將可再生能源產生的直流電變換為正弦交流電，經過濾波后輸送到電網。采用輸入電壓源方式為主，一般由低壓直流電源經過DC／DC升壓后得到高壓直流電源。輸出控制采用電流控制方式的全橋逆變電路。通過控制電感電流的頻率和相位跟蹤電網電壓的頻率和相位，保持正弦輸出，以達到并網運行的目的。圖1中，并網逆變器輸出高頻SVPWM電壓，Rs為濾波電感和線路的等效電阻。主電路逆變橋左右橋臂分別加以相位差為180°的SVPWM脈沖，經交流側濾波電路濾除高頻信號后，向電網饋入同頻同相的正弦波電流。

2．2 并網逆變器控制策略
并網逆變器的控制主要分為對輸出電壓、電流的控制和MPPT。現有的控制方法包括滯環控制、雙環控制、空間矢量控制、無差拍控制和重復控制等。電網跟蹤控制設計的最終目的就是將直流電能發送至電網，即要求輸出電流與電網電壓同頻同相，且功率因數為1。系統采用小慣性電流跟蹤控制方法，以固定開關頻率的直接電流反饋控制進行電流內環設計。圖2為所提出的電流跟蹤控制并網控制原理框圖。通過采集太陽能電池組件的電流與電壓，利用MPPT控制方法可得參考電壓Umax。Umax與太陽能電池組件的實際電壓Ud比較后，其誤差經過PI調節器得到指令電流iref，與正弦波參考相乘后得到正弦電流指令ig(ig即為ADRC所需要的參考電流)，再與實際并網側輸出電流比較后，通過ADRC，利用電壓前饋控制與電網電流反饋控制，使系統輸出與網側電網電壓同相位的正弦電流。