逆变器的并网运行控制策略综述

逆变器的并网运行控制综述

葛玲

摘要：本文在阅读已有资料的基础上，对光伏逆变器并网运行的控制策略进行了总结。主要包括逆变器电压和电流模式两种控制，和先进的数字控制方法。

Abstract: In this paper, based on reading the existing data on the PV inverter for grid-run control strategy is summarized. Mainly include inverter voltage and current-mode two kinds of control,and advanced digital control methods.

0 引言

太阳能光伏发电[1]系统的运行方式主要分为离网运行和并网运行两大类。离网运行系统：未与公共电网相联接，又称为独立光伏发电系统。主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远农村、海岛、通信中继站、边防哨所等场合提供电源。并网运行系统：与公共电网相连接，共同承担供电任务。

当前世界范围内，大部分并网逆变器的直流侧一般采用电压源，逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制。市电系统可视为容量无穷大的交流电压源，如果并网输出采用电压控制，则实际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统，这种情况下要保证系统稳定运行，就必须采用锁相控制技术使输出与市电同步，在稳定运行的基础上通过调整逆变器输出电压的大小及相位来调节功率。如果逆变器的输出采用电流控制，则只需要控制逆变器的输出电流以

跟踪市电电压，同时设定输出电流的大小，即可达到并联运行的目的。

1 采用经典控制理论的控制策略[2]

1)电压均值反馈控制

它是给定一个电压均值，反馈采用输出电压的均值，两者相减得到一个误差，对误差进行PI调节，去控制输出，它是一个恒值调节系统，优点是输出可以达到无净差，缺点是快速性不好。

2)电压单闭坏瞬时值反馈控制

电压单闭环瞬时值反馈控制采用的电压瞬时值给定，输出电压瞬时值反馈，对误差进行PI调节，去控制输出，它是一个随动调节系统，由于积分环节存在相位滞后，系统不可能达到无净差，所以这种控制方法的稳态误差比较大，但快速性比较好。

3)电压单闭环瞬时值和电压均值相结合的控制

图 1电压型并网的输出电流控制原理图

采样并网电流Ig作为反馈，与设定值比较后作为电压基准Vref 的调节参考；同时电流的过零用于改变Vref的相位来调节输出电压的相位，使输出电流和市电相位180°反相，以此来调节输出功率。

2 电流型并网的输出电流控制

1)电流瞬时值滞环比较方式[3]

图 2 为采用滞环比较器的瞬时值滞环比较方式原理图。并网电流Ig与参考电流Iref，两者的偏差△Ig作为滞环比较器的输入，产生电路中开关通断的PWM信号，从而控制并网电流大小。

图2 电流瞬时值滞环比较方式原理图

这种控制方案的特点： 1．实时控制，电流响应快； 2．控制方法简单； 3．若滞环的宽度固定，电流跟踪的误差范围是固定的，但开关器件的开关频率是变化的，这将导致电流频谱较宽，增加了滤波器设计的难度，可能会引起间接的谐波干扰。

2)电流瞬时值反馈和三角波比较方式[4]

图3为采用电流瞬时值反馈和三角波比较的方式，它将正弦参考电流Iref和瞬时值电流Ig比较后经过补偿网络调节再与三角波进行比较，从而输出PWM信号。补偿网络多采用比例或比例积分调节。

图 3电流瞬时值反馈和三角波比较方式原理

3）SPWM电流跟踪方式[3]

该控制方法原理如图4所示。将指令电流Iref与并网电流Ig的实时值进行比较，两者的偏差经P调节与三角波进行比较，以输出PWM信号。

图4 SPWM电流控制图

这种电流控制方法的特点： 1．跟随误差较大； 2．软件实现相对复杂； 3．输出电压中主要含有与三角波相同频率的谐波； 4．开关器件的开关频率固定地等于三角载波的频率； 5．电流响应相对于瞬时值比较方式较慢。

4)定时比较控制[5]

原理:利用一个定时控制的比较器，每个时钟周期对电流误差判断一次，发出相应的PWM信号需要至少一个时钟周期才会变化一次，器件的开关频率最高不会超过时钟频率的一半。

定时比较控制的特点: 1． PWM开关频率固定，减少功率开关器件的损耗，增加使用寿命。2．电流跟随误差是不固定的，在参考电流变化较快的地方，跟踪效果不好，载波较低时，电流毛刺较大。

3 数字控制技术介绍

1. PID控制[6]：PID控制发展相对成熟，其设计简单、参数易于整定，因此在实际的工程实践中得到广泛的应用。在数字控制中采用PID控制可以避免出现在模拟控制中使用PID时出现的模拟控制电流系统庞

大、可靠性低、调试复杂等缺点。目前在数字PID控制中采用了结合其他补偿措施，如增加电压、电流的控制引入，使得逆变器的数字PID 控制效果得到良好的改善。

2. 无差拍控制[7]：是一种根据逆变器系统的状态方程和输出反馈信号来计算下一个采样周期的脉冲宽度的控制方法。无差拍控制需要借助微处理器来实现PWM的输出。无差拍控制的暂态响应快；输出波形在开关频率不高的情况下同样能保持良好的波形；输出电压的相位不受负载的影响；但系统的鲁棒性不强，当系统参数有波动时，容易导致输出性能恶化，系统不稳定；并且该控制方法的瞬态超调量较大。

3. 模糊控制[8]：目前将模糊控制技术应用在逆变器的控制上的研究也越来越多，因为模糊控制器不需要受控对象有精确的数学模型，控制的时候有较强的鲁棒性和自适应性，因此采用模糊控制能有效的对复杂的电力电子系统做出判断和处理；同时在使用模糊控制时，可以快速的查找模糊控制表的数据，因此在实际的控制中，可以通过选取高的采样率来提高控制的精度。但是通常需要将模糊控制与其他控制方式相结合，用于补偿逆变器带非线性负载时，导致输出电压跌落的现象。

4. 滑模控制[9]: 在逆变器的控制中要求系统在闭环工作时，不易受到参数变化和外界干扰的影响，根据这个要求在逆变器的控制中引入滑模控制。实际的工作中发现，采用模糊控制逆变器的输出波形有较好的暂态响应，但稳定性较差，需要在滑模控制系统中加前馈控制。4)重复控制[10]: 重复控制是根据内模原理，对指令和扰动信号均设了