光伏并网逆变器环路控制的设计

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在国内,近年来,光伏发电呈现爆发式增长,据国家能源局发布的《太阳能发电十二五规划》,到2015年底,我国太阳能发电装机容量达到2100万kW以上,年发电量达到250亿kW时,同时,明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统,建成分布式光伏发电总装机容量1000万kW。因此,分布式光伏并网发电是未来可再生能源发展的重要方向。

 

单相并网逆变器的基本原理

一单相并网逆变器逆变主拓扑结构如图1所示,系统直流侧额定电压Vdc可由太阳能光伏阵列经Boost升压电路获得。逆变桥输出经过电感L1和L2分别连接到电网上。电感用于滤除由于开关动作引起的高次谐波电流,使并网输出电流是与电网电压同频同相的正弦波。系统控制算法由TI公司的TMS320F2808芯片实现。并网时,当DSP检测到电网电压正向过零点时,启动DSP内部并网控制算法程序,实现电网频率的锁相跟踪,并经过运算,产生逆变器并网运行所需要的SPWM逻辑控制信号,如图2所示。经驱动电路实现对逆变器功率开关管的控制,使逆变器实现单位功率因数并网运行。

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图1  主拓扑结构框图

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图2  H6桥驱动波形

 

并网逆变器的控制原理

H桥SPWM并网逆变器是具有电流控制特性的电压型逆变器。通过对交流并网侧电感电流的控制来实现电能的单位功率因数并网运行。电流型控制模式的原理则是以输出电感电流作为受控目标,系统输出与电网电压同频同相的电流信号,整个系统相当于一个内阻较大的受控电流源。

这里采用的电压外环和电流内环双闭环控制技术能够满足电网并网要求,而且动态响应好。通过MPPT算法,获得电压外环给定电压参考值,用实际光伏阵列电压值减给定电压参考,得出的误差值经PI调节器后得到结果作为输出电流给定参考幅值I*ref,此值乘以电网电压相位正弦值sinθ,得到与电网电压同频同相的电流给定信号I*refsinθ。电流给定信号I*refsinθ与实际并网电流Ig相减,其误差信号再经PI控制器处理后,得出的结果再加上电网前馈量之和再与三角载波比较,则产生相应的SPWM信号,控制功率器件的开通与关闭。其控制原理框图和双环控制流程分别如图3和4所示。

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图3  光伏并网逆变器系统控制原理框图

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图4  并网逆变器电压电流双环控制流程

从图中可以看出,整个电压电流双环控制实际上就是2个PI调节器进行调节,因此,PI调节器的参数设计和选择是整个控制策略的关键,以下几节内容分别对对数字增量PI调节器、电流内环和电压外环PI参数设计进行详细的叙述。

更多内容,请参阅http://www.epc.com.cn/pdfdown.php?source=2014.05.pdf

 

 

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