三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)直接電流控制策略的研究

摘要：針對光伏并網(wǎng)的要求，采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的PI解耦控制和電網(wǎng)電壓前饋的復(fù)合控制策略，以及固定載波頻率的空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)來驅(qū)動逆變器，并搭建了基于TMS320F2812的三相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)實驗?zāi)Ｐ汀嶒灲Y(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，并網(wǎng)電流正弦度高，并始終能跟隨電網(wǎng)電壓的相位和頻率，達(dá)到光伏并網(wǎng)的要求。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)；直接電流控制；前饋解耦

1 引 言
隨著全球化石燃料的日益枯竭，大力發(fā)展可再生資源成為當(dāng)務(wù)之急。太陽能發(fā)電作為其中一個熱點(diǎn)，得到了大力支持和發(fā)展。而太陽能發(fā)電只有進(jìn)入電力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用，才能真正對緩解能源緊張和抑制環(huán)境污染起到積極作用，因此光伏并網(wǎng)發(fā)電的迅猛發(fā)展是必然的。光伏并網(wǎng)需滿足一定的技術(shù)要求，輸出交流量應(yīng)與電網(wǎng)電壓同頻同相，并滿足功率因數(shù)為1，為此，系統(tǒng)需采用有效的控制策略。這里采用基于前饋解耦SVPWM的電流控制策略，該方法動靜態(tài)性能良好，并可以消除電網(wǎng)電壓對并網(wǎng)電流的擾動。

2 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)
圖1為三相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)主電路，采用三相VSI拓?fù)洹a，ub，uc為逆變器交流側(cè)輸出電壓；ia，ib，ic為逆變器并網(wǎng)輸出電流；ea，eb，ec為電網(wǎng)電壓；L為輸出濾波電感；R為輸出等效電阻。

三相逆變器在三相對稱時，可簡化為圖2a所示等效電路，eg為交流電源電壓，L為功率電感，R為電網(wǎng)電勢內(nèi)阻和功率電感電阻之和，us為直流側(cè)電壓經(jīng)過逆變后的等效電壓。圖2b為電壓電流矢量圖。

根據(jù)基爾霍夫定律，忽略輸出端電阻的影響，交流側(cè)三相電感電流的回路方程即逆變器的數(shù)學(xué)模型為：
Ldik／dt=uk-ek，k=a，b，c (1)

3 并網(wǎng)控制策略
由圖2b可知，要完成對交流側(cè)電流、功率因數(shù)的控制，關(guān)鍵是對is的控制。對is的控制存在間接電流控制和直接電流控制兩種，此處采用直接電流控制方式。根據(jù)直接電流控制的概念，對于并網(wǎng)型逆變器而言，為了獲得與電網(wǎng)電壓同步的給定正弦電流波形，通常用電網(wǎng)電壓信號乘以電流有功給定，產(chǎn)生正弦參考電流波形，然后使其輸出電流跟蹤此指令電流，具有控制電路相對簡單、對系統(tǒng)參數(shù)的依賴性低、系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。直接電流控制方法主要包括滯環(huán)控制、無差拍控制和結(jié)合PI控制的三角波控制等。其中PI控制是一種線性的控制方式，開關(guān)頻率固定，實現(xiàn)簡單，具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性和較強(qiáng)的魯棒性，因此得到了廣泛應(yīng)用。
由式(1)可知，直接對ia，ib，ic進(jìn)行PI控制會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，無法做到無靜差跟蹤，不利于系統(tǒng)的控制設(shè)計。因此根據(jù)三相并網(wǎng)逆變器輸出電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下能變換成近似直流量的特點(diǎn)，將三相對稱a，b，c靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成為電網(wǎng)頻率同步旋轉(zhuǎn)的d，q坐標(biāo)系，得到三相交流側(cè)電流在d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

由上式可知，d，q軸電流受交流側(cè)電壓矢量ud，uq的控制，同時也受耦合電壓ωLid，ωLiq的擾動及電網(wǎng)電壓ed，eq的影響，d，q軸變量互相耦合，給控制策略的設(shè)計造成了困難。因此，在控制輸出電流id和iq時，需對它們實施前饋解耦控制，使得d，q軸相互獨(dú)立控制。基于此，加入電流前饋控制環(huán)節(jié)，經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)后的參考控制電壓可以按式(3)進(jìn)行設(shè)計：