新型太陽能并網逆變器分析研究

摘要：傳統的太陽能并網逆變器通常采用PI控制策略，但傳統PI控制策略具有控制精度不高，魯棒性較差的缺點。針對傳統PI控制的缺點，對太陽能并網逆變器的控制策略進行了改進，提出一種新型的基于直接電流跟蹤控制的太陽能并網逆變器控制策略。該控制策略將傳統PI控制和現代重復控制理論相結合，能夠有效抑制電網側和負載側對并網輸出電流的周期性擾動，降低并網電流的THD。實驗結果表明，新的控制策略可以有效改善并網電流波形，同時可以保證逆變器輸出電流與電網電壓的同頻同相，滿足太陽能并網發電的要求。
關鍵詞：太陽能發電；逆變器；直接電流跟蹤控制；并網電流

進入21世紀以來，世界各國都加大了對太陽能光伏發電系統的研究，各種并網發電裝置的應用逐漸增多。然而，隨著投入使用的并網逆變裝置增多，其輸出的并網電流諧波對電網電壓的污染也越來越大。為降低并網電流對電網的諧波污染，需要對并網逆變器的控制算法進行研究和改進。該系統采用重復控制技術來抑制電網側和負載側對并網輸出電流的周期性擾動，降低并網輸出電流的THD值，減小并網電流對電網的諧波污染。

1 系統組成
1．1 主電路結構
圖1為系統的主電路及控制結構圖，它屬輸出電流控制的電壓型有源逆變器。系統采用由智能功率模塊構成的全橋結構。由圖1可知，太陽能陣列輸出的能量先經過全橋逆變和電感濾波，以受控電流源的方式并入電網。其控制過程是：與電網電壓同頻同相的參考電流給定值與實際的并網電流瞬時反饋值進行比較，差值通過PI調節器處理后，與實際的電網電壓瞬時反饋值進行比較，再經三角波調制，輸出正弦波脈寬調制信號，經驅動電路放大，驅動功率開關器件，從而產生與電網電壓同頻同相的正弦波電流。

1．2 系統逆變環節的數學模型
圖1中取流經濾波電感L的電流iL為狀態變量。則由圖1可得：
uab=unet+L(di／dt)+ir (1)
由式(1)經過Laplas變換，可解出i(s)：
i(s)=[1／(sL+r)][uab(s)-unet(s)] (2)
式中：uab是未經濾波的逆變器輸出電壓；r為線路的等效電阻。
當逆變器的開關頻率較高時，忽略開關器件和死區特性的影響，SPWM控制方式下的橋式逆變器可近似為一個等效的放大系數為K的放大環節，即：
G(s)=K (3)
由式(2)和式(3)可得系統結構圖見圖2。