光伏发电并网逆变器供电稳定性控制研究

2019-03-23李凯晗

通信电源技术 2019年2期

李凯晗

（广西大学电气工程学院，广西南宁 530000）

0 引言

随着社会经济的发展，传统能源日益减少，世界各国越来越重视太阳能源的开发和利用。就目前国内外的研究而言，提出的控制方法还无法解决系统稳定性差和并网电流谐波含量高的问题。因为单相光伏并网逆变系统为非线性系统，不容易控制，所以选择采用非线性自抗扰控制器和PI控制器分别对电压uc和并网电流进行控制。该控制策略满足并网条件，能把逆变器输出电流的THD控制在5%以下，即使受到干扰也能快速恢复正常状态，抗干扰能力更强[1]。

1 逆变器模型

在单相并网逆变器中，直流侧输入电压udc由LCL滤波器及DC/AC全桥逆变器组成。逆变控制技术作为逆变器中最关键的部分，电压源输入和电流源输入是逆变部分采取的控制方法[2]。单相并网逆变器的控制结构如图1所示。

由图1可得，直流侧数学模型为：

LOL滤波器的数学模型为：

图1 光伏并网逆变器结构图

逆变器模型为：

其中，uc为电容Cdc的两端电压，光伏板电流升压后的输出电流为ie，直流侧母线电流为id，L1流过电流为i1，并网电流为is，电容C1两端的电压为vc1，逆变器输出电压为vinv，并网电压为vout。

2 并网控制系统设计

2.1 双闭环控制系统

如图2所示，为前级升压后的直流侧电压。在改进的控制策略下，系统控制过程为：将作为参考电压，经过ADRC调节与控制得到相应的内环电流；与锁相环检测到的电网电压的相位sinθ相乘，乘积的结果即电流环的参考电流；全桥逆变器通过脉宽调制驱动，谐波干扰通过LCL滤波器滤除，从而实现并网控制，并入电网电流。

图2 ADRC和PI相结合的光伏并网逆变器控制图

简化的被控对象为：

过渡过程设计中采用的一阶跟踪微分器不仅要快速跟踪目标，还要使跟踪信号不能超调并保持稳态值，表达式为：

式中v1为跟踪微分器输入，r为反映TD变化规律的特征参数，α0为fal函数中的非线性因子，δ0为控制参数。

2.2 电流内环PI控制器的设计

图3 内环PI控制器的结构框图

通过图3可以看出，该内环控制系统的开环传递函数为：有很多方法可以对PI控制器的参数进行整定，首先采用“振荡指标法”获得一组参数，然后在一定范围内对这组参数做细微调整，在保证系统有较高动态性能的同时，具备一定的稳态精度。式（11）为典型的Ⅱ型开环传递函数，所以有：

此时引入变量h，有：

其中，wc为开环系统截止频率。最小的闭环幅频峰值为：

系统闭环传函的幅频特性的峰值为Mr，即Mr=(h+1)/(h-1)。经验表明：当Mr的值处于1.2～1.5、h值处于5～10时，系统具有好的动态性能，所以在此选择Mr为1.35，h为6.7。根据式（14）可得出T=0.59×10-4，并且通过以上公式的推导可以得出T=3.953×10-4，k0=0.246 4×108。此外，通过计算可以得到ki=246.4，kp=0.097。考虑到整个控制性能会受到参数的影响，通过大量的计算和实验，电流谐波在满足入网含量最低时，确定控制系统的参数为K=0.003 2，T=0.000 01。