簡單易學的單相兩級式光伏并網逆變器控制策略

5 單相兩級式光伏并網逆變器控制策略

一般單相兩級式光伏并網逆變器采用前后級分開控制的方法，當系統功率隨著MPPT控制不斷變化時，首先體現為母線電容的電壓變化然后通過后級控制改變并網電流。

下面提出一種新的系統控制策略，其核心思想是根據前級MPPT的功率先預置一個逆變的參考電流幅值，然后經一個比例控制器確定最終的逆變參考電流。這個比例控制器是母線采樣電壓與參考電壓(一般380V)的比值。這樣當前級MPPT調節功率變化時，可直接體現為后級參考電流的變化，并通過母線電壓的比例控制器將母線電壓穩定在參考值附近。

不考慮紋波，若母線電壓均值大于或小于參考值，則會相應調高或降低逆變的參考電流，使母線電容進行相應的充放電，母線電壓保持在參考電壓附近，以保證前后級功率平衡，起到穩壓作用。對于母線紋波，通過母線電壓控制器，不僅穩住母線電壓，而且抑制了母線紋波對并網電流的影響，還使后級實現了單電流環控制，控制更簡單。其控制原理如圖4所示。

6 Saber仿真驗證

在Saber中搭建如圖1的仿真模型，母線參考電壓380 V，系統工作在額定功率3 kW，前級采用導納增量法實現MPPT并升壓。

Boost輸出電壓(母線電壓)一直穩定在380V附近，采用雙PI控制方法時的波形如圖5a所示。由圖可見，母線電壓存在100 Hz的脈動紋波;單純的雙PI控制逆變并網電流波形存在明顯畸變，THD=4.63%。當系統功率變化時，0.45 s開始功率從3 kW變化到0.5 s時的1.9 kW，母線電壓和并網電流波形如圖5b所示。可見，母線電壓穩定在380 V附近，有100Hz的脈動紋波。并網電流不是很理想，當功率從3 kW變化到1.7 kW時，母線電壓有一個先減小然后增加的調節過程。

將電壓外環PI改為按照式(4)取值的PR調節器，電壓和輸出電流波形如圖5c所示，可見，采用PR控制輸出并網電流波形沒有明顯畸變，THD=1.22%。PR控制功率變化時母線電壓和并網電流波形如圖5d所示，可見，電壓外環采用PR調節時，系統的動態調節更快。當功率變化時，雙PI控制大概在10個電網周期才能過渡到一個穩態；而電壓外環PR調節可使母線電壓和并網電流平滑過渡，只需2個周期即可進入下一個穩態。

由圖4搭建仿真模型，3 kW時母線電壓和并網電流波形如圖5e所示。可見，采用新控制方法可保證母線電容穩壓和很好的并網電流，THD只有0.8%。新控制方法下功率變化時母線電壓和并網電流波形如5f所示，對比可見，在前級功率變化時，新控制方法和雙PI控制系統動態性能更好。新控制方法中，系統功率變化時，電流和母線電壓過渡更加平穩，同時能保證高質量的輸出電流。

7 實驗驗證

H橋采用光伏專用模塊FZ06BLA045FH-P897E，二極管采用SiC肖特基二極管，其快恢復性能好，可顯著降低開關損耗和電磁干擾。控制采

用DSP2808芯片。采用圖4中的控制方法，非隔離并網，濾波電感3 mH，實驗波形如圖6所示。

可見，并網電流波形質量隨著功率增加越來越好，測量半載1.5 kW時并網電流THD≈1%。

8 結論

對單相兩級式光伏并網逆變器進行建模，通過理論分析和仿真可知，傳統的母線電壓外環、電流內環控制為兼顧并網電流質量和系統動態性能，必須在后級電流環中加入母線電壓紋波補償和電網電壓抑制補償環節。若在電壓環中采用比例諧振調節器控制，將諧振點設置在100 Hz左右，可以抑制母線紋波電壓對并網電流的影響，同時保證系統動態性能。

提出一種基于功率平衡原理的控制方法，將一個比例控制器作為母線電壓調節器加入后級逆變環路中，使后級可采用簡單的電流環控制，在母線電容穩壓的同時消除了紋波電壓對并網電流的影響。傳統的雙環控制前后級分開獨立，這樣前級功率變化時，首先體現為母線電壓變化，然后并網電流跟隨母線電壓變化，新控制方法中，前級功率變化時直接作用到后級電流控制中，系統動態響應更快。仿真和實驗驗證了該方法的可行性。