三相光伏并網逆變器直流注入抑制策略

摘要：與單相系統不同，三相光伏系統中任意一相直流注入將會引發其他相電流中出現直流分量。為了解決該問題．探討了基于虛擬電容的同步旋轉坐標系控制方案，并進行了理論分析。在此基礎上，提出一種基于虛擬電容解耦的同步旋轉坐標系控制方案，實現了直流注入的有效抑制。為進～步簡化控制結構，提出一種坐標系控制方案，不僅便于工程實現，還可有效抑制直流注入。最后通過仿真和實驗驗證了所提方案的有效性。
關鍵詞：逆變器；光伏并網；直流注入；虛擬電容

1 引言
近年來，世界范圍的光伏發電得到了迅速的發展和應用。1999～2011年間，光伏發電系統容量快速增長，其中以并網型光伏系統為主。為了提高并網型光伏系統效率，可采用無變壓器非隔離系統結構，然而該方案容易引發光伏系統直流注入問題。就目前來看，直流注入抑制方法可分為直接法和間接法兩大類。文獻提出一種基于虛擬電容概念的單相光伏并網逆變器直流注入控制方法，只需修改軟件控制程序，無需安裝額外電容，降低了系統成本，提高了系統可靠性。值得注意，上述研究均針對單相光伏系統，而對于三相光伏系統的直流注入抑制問題目前未見文獻報道。
在此通過分析發現，三相中任意一相電流中的直流注入將會導致其他相電流中出現直流分量，為了消除三相并網電流中的直流分量，探討了3種控制方案，并進行了仿真和實驗研究。

2 系統控制方案
圖1示出典型的三相光伏并網逆變器原理，其中直流母線電壓Ud由光伏電池經過DC／DC升壓提供，ua，ub，uc為三相橋臂端電壓，ea，eb，ec為三相電網電壓。電感L用于濾除開關諧波，通過適當控制使并網逆變器輸出與電網電壓同頻同相的正弦波，實現單位功率因數并網運行。

與單相光伏系統不同，三相光伏系統中任意一相電流中的直流注入將會導致其他相電流中出現直流分量。為了闡述其原理，將圖1進行簡化可得圖2所示直流注入原理圖。

由圖可見，若a相并網電流中含有直流分量，根據電路原理可知b，c相電流中將出現直流分量。當三相電感值相同時，b，c相中的直流分量是a相直流分量的1／2。為了消除三相并網電流中的直流分量，首先探討虛擬電容控制策略的可行性。與單相光伏系統不同，三相光伏系統通常采用同步旋轉坐標系PI控制。引入單相系統虛擬電容控制策略后的控制框圖(方案1)如圖3所示，然而，該方案無法有效抑制直流注入。其原因是，同步旋轉坐標系下電容將出現耦合項ωC，若要實現三相系統虛擬電容概念，必須考慮ωC。