新型光伏并网逆变器的建模与控制方法

电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU -EPSA 第30卷第5期2018年5月Vol.30No.5May 2018

新型光伏并网逆变器的建模与控制方法

姚乐乐1，刘晓悦2

（1.天津大学电气自动化与信息工程学院，天津300072；2.华北理工大学电气工程学院，唐山063009）

摘要：将由对称Z 源逆变器和三相对称LCL 滤波器组成的光伏并网逆变器作为研究对象，对Z 源网络和一相LCL 滤波器建立数学模型。将模型参数看作系统参数，模型输入信号的变化看作扰动，根据模型的固有缺陷，结合前期成果，重点研究两种情况的系统改进策略：①系统参数未变化且扰动可测；②系统参数变化或扰动不可测。针对第1种情况，改进时主要采取加入“模拟模块”和“开关切换”的策略；针对第2种情况，改进策略是对系统加入稳定性鲁棒控制器。通过仿真实验验证，结果表明Z 源网络和一相LCL 滤波器的数学模型正确，在此基础上针对第1种情况采取的改进策略比改进前暂态性能得到提高，稳态性能与原系统一致；针对第2种情况采取的改进策略比改进前稳定性得到提高。

关键字：Z 源网络；LCL 滤波器；数学模型；模拟模块；稳定性鲁棒控制器

中图分类号：TM464文献标志码：A 文章编号：1003-8930（2018）05-0098-13

DOI ：10.3969/j.issn.1003-8930.2018.05.017

Modeling and Control Method for Novel Photovoltaic Grid Inverter

YAO Lele 1，LIU Xiaoyue 2

（1.School of Electrical and Information Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2.School of Electrical Engineering ，North China University of Science and Technology ，Tangshan 063009，China ）

Abstract:The photovoltaic grid inverter consisting of a symmetric Z source inverter and a three -phase symmetric LCL filter is taken as the study object of this paper ，and a mathematical model of the Z source network and LCL one -phase filter is established.The model parameters and the change of input signal are regarded as system parameters and distur?bance ，respectively.In light of the model ’s inherent defects and combined with previous results ，the following two sys?tem improvement strategies are studied ，i.e.，system parameters without change but with measurable disturbance （Case 1），and system parameters with change or unpredictable disturbance （Case 2）.In Case 1，the addition of simulation module and switching are adopted as the improvement strategy.In Case 2，the addition of the stability of robust control?ler is adopted as the improvement strategy.Simulation experiments prove that the mathematical model of Z source net?work and one -phase LCL filter is correct ，based on which the transient performance is promoted under the improvement strategy in Case 1，together with the steady -state performance that agrees with the original system ；moreover ，the stable

performance under the improvement strategy in Case 2is also enhanced.Key words:Z source network ；LCL filter ；mathematical model ；simulation module ；stability of robust controller 面对传统能源的日益枯竭和环境问题的日益

加重，在电力行业中，采用新能源发电已经成为了

一个新的方向。其中，光伏并网发电技术到目前得

到了众多学者的重视，具有很大的影响力。目前，光伏并网逆变器种类繁多，针对其并网控制方法同

样是层出不穷。本课题的研究对象是一种比较新

型的光伏并网逆变器，其由Z 源逆变器和三相LCL

滤波器组成。在Z 源逆变器和LCL 滤波器问世后，科研工作者们普遍将二者单独地应用于光伏并网

系统中，并没有将二者统一成整体的光伏并网逆变

器，二者在光伏并网系统中的研究现状大致分别如下。文献[1]认为利用逆变器桥臂直通状态可以实现光伏阵列的升压功能，同时可以使基于单级Z 源逆变器的光伏并网系统具有和传统两级并网系统相类似的性能。文献[2]认为基于Z 源网络的光伏并网系统可以作为无功功率补偿器。文献[3]采用电网电压定向的矢量控制策略对Z 源光伏并网逆变器进行控制，该方法抑制扰动的能力较弱。文献[4]指出Z 源光伏并网逆变器是一种具有升/降压功

收稿日期：2016-01-20；修回日期：2018-03-02万方数据