基于滑窗DFT 算法的新能源直流并网逆变器协调控制方法

王小丽

（中广核铀业发展有限公司，北京 100000）

0 引 言

随着人们生活水平的提高和电能质量需求的增加，新能源直流并网逆变器的运行压力持续提升。在高功率的背景下，逆变器的线路损耗和电压值不断增大，不仅影响新能源直流并网的应用，而且会对逆变器造成不可逆的损坏。为缓解这些问题，相关人员设计了新能源直流并网逆变器协调控制方法。

传统的带输出LC 滤波器辅助逆变器协调控制方法和传统光伏处理逆变器协调控制方法虽然能够实现预期的任务和目标，但缺乏针对性与稳定性，在外部环境和特定因素的影响下，无法确保最终获取的逆变器协调控制结果真实可靠[1-3]。此外，当前的逆变器协调控制方式多为单向，整体控制处理效率较低，严重影响控制效果[4]。为解决这些问题，将滑窗离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）算法与逆变器协调控制工作相融合，可以扩大当前的控制范围，形成更加灵活、多变的协调控制结构。在复杂的控制环境中，这种方法可以提高控制定位的精准度和稳定性，加强对协调误差的控制，建立多维的运行控制模型，在合理的标准下降低逆变器的损耗，减小电流畸变，为后续相关技术的发展与创新奠定坚实的基础[5]。

1 直流并网逆变器滑窗DFT 测算协调控制方法

1.1 畸变电流测定与多目标交叉协调控制结构设计

当并网逆变器出现控制异常时，其内置电流会发生波动，形成电流畸变。对畸变电流的测定分析可以帮助相关人员明确协调控制需求，降低后续的控制差异[6]。设置并网逆变器电流的采样周期，通过滑窗DFT 方法，测定和计算此时的时域电流[7]。通过谐波反映电流波动幅度，利用滑窗DFT 算法计算出谐波平均幅值，计算公式为

式中：P为谐波平均功率幅值；U为谐波电压含量；I为额定电流值；δ为堆叠电流畸变率。以计算出的谐波平均幅值作为限制标准，测定畸变电流，并记录发生巨大波动的时段，汇总协调控制的数据。在此基础上，设计多目标交叉控制结构，如图1 所示。

图1 多目标交叉协调控制结构

在完成多目标交叉协调控制结构设计后，将基础的控制指令设置在该结构中，形成一个稳定的控制模式，搭建基础的协调环境[8]。

1.2 构建滑窗DFT 测算并网逆变器协调控制模型

根据当前逆变器的变动情况，结合滑窗DFT 算法设计协调控制模型。为确保电流的质量，采用LCL滤波器并网作为支撑。测算此时逆变器的输送功率，当电网出现三相不平衡时，先抑制谐波出现的基础扰动，确保逆变器处于稳定的运行状态。通过滑窗DFT算法，计算有功功率和无功功率，根据其变动状态分析当前逆变器的运行情况，同时标记需要调整的时段，设计基础的并网逆变器协调控制模型结构，如图2 所示。

图2 并网逆变器协调控制模型结构

在完成并网逆变器协调控制模型结构的设计后，在滑窗DFT算法的辅助下，模型的实际应用能力更高，协调控制的针对性更强，控制效果显著提升。

1.3 三相平衡控制实现逆变器协调控制处理

三相平衡处理主要是控制逆变器电路的三相电压源正弦波，确保其在运行的过程中频率相同、幅度相同、相位差为120°。三相平衡处理可以提高并网逆变器的运行效率和质量，扩大协调控制范围。通过测算得出三相恒定限制值调整逆变器的控制指标参数，确保控制的稳定性与安全性，提升逆变器的运行效率。

2 方法测试

为验证基于滑窗DFT 算法的新能源直流并网逆变器协调控制方法的实际应用效果，考虑最终测试结果的真实性与可靠性，选定A 新能源直流并网中的逆变器作为测试对象，对比分析传统带输出LC 滤波器辅助逆变器协调控制方法、传统光伏处理逆变器协调控制方法、文章设计的基于滑窗DFT 算法的逆变器协调控制方法。根据当前的逆变器协调控制需求和标准的变化，对比测试结果。

2.1 测试准备

设置选定的A 新能源直流并网中的逆变器协调控制方法测试环境。由于是新能源直流并网，运行速度较快，逆变器的关联设备也相对较多，为保证测试控制过程的真实、稳定，需要在可控的范围内布设一定数量的检测节点。节点初期为独立运行，但在进行协调控制测定时，必须将各个区域的节点进行搭接关联，形成一个循环性的协调控制程序，便于后续的测试分析。

利用MATLAB 建立并网逆变器仿真测试平台，调整当前的直流侧电压为350 V，并网功率容量控制在15 ～20 W 即可，交流侧电感为0.155 mH，电网频率为50 Hz。在此基础上，计算逆变器的运行波动比。将得出的逆变器运行波动比设定为限制约束条件，然后设定测试指标和参数，如表1 所示。

表1 逆变器协调控制测试指标及参数设定

根据表1，完成对逆变器协调控制测试指标和参数的设置，至此完成对基础测试环境的搭建，从而进行具体的测验分析。

2.2 测试过程与结果分析

在搭建的测试环境中，设计对应的协调控制测试流程，具体如图3 所示。

图3 并网逆变器协调控制测试流程

根据图3，完成对并网逆变器协调控制测试流程结构的设计与实践分析。通过调整并控制并网逆变器电压和交流电流的波动，将功率因数控制在合理的范围内，一般设置为0.2 ～0.6。设置4 个周期阶段对并网逆变器进行协调控制处理，测定使用逆变器前后电流与电压的波动情况，并分析其协调控制的稳定性与有效性，测试结果如图4 所示。

图4 测试结果对比分析

与传统带输出LC 滤波器辅助逆变器协调控制测试组、传统光伏处理逆变器协调控制测试组相比，基于滑窗DFT 算法的逆变器协调控制测试组最终得出的周期逆变器畸变率较低，低于0.2%，说明在滑窗DFT 算法的辅助下，变网逆变器的协调控制效率得到了明显提升，控制针对性增强，具有较好的实际应用价值。

3 结 论

与传统的逆变器协调控制形式相比，设计的协调控制结构更加灵活、多变，自身具有更强的稳定性与安全性。在不同的并网运行环境下，加强对内部逆变器运行的实际控制。通过拓扑结构和滑窗DFT 测算的方式，同步控制指标的相对应数值，加强对电流或电压的合理控制，发挥自身的协调控制优势，最大限度地避免损坏逆变器或其他电力设备，推动该技术迈入新的发展台阶。