基于光伏并网系统的单相SOGI-PLL技术研究
单相光伏并网逆变器控制策略研究
单相光伏并网逆变器控制策略研究
随着能源需求的快速增长和环境保护意识的提高，太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注和应用。
而光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备，其控制策略的研究对于提高光伏发电系统的性能和效率具有重要意义。
在单相光伏并网逆变器的控制策略研究中，首先需要考虑的是逆变器的稳定性和可靠性。
在逆变器设计中，采用合适的控制算法，能够有效提高逆变器的稳定性，减少系统的故障率。
同时，还需要考虑逆变器的输出电压和电流的波形质量，以保证光伏发电系统的输出功率稳定和高效。
另外，单相光伏并网逆变器的控制策略研究还需要关注逆变器的响应速度和动态性能。
在光伏发电系统中，由于天气变化等原因，光伏电池的输出功率会发生变化，因此逆变器需要具备快速响应的能力，以实现对光伏电池输出功率的有效控制。
此外，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑并网电网的要求。
在并网过程中，逆变器需要满足电网的电压和频率的要求，同时还需要具备对电网电压和频率的检测和保护功能，以确保光伏发电系统与电网之间的安全运行。
最后，单相光伏并网逆变器的控制策略还需要考虑逆变器的效率和功率因数。
在光伏发电系统中，逆变器的效率和功率因数
直接影响系统的发电效率和经济性。
因此，在控制策略的设计中，需要综合考虑逆变器的效率和功率因数的优化。
综上所述，单相光伏并网逆变器的控制策略研究涉及逆变器的稳定性、波形质量、响应速度、动态性能、并网要求、效率和功率因数等多个方面。
通过合理设计和优化控制策略，能够提高光伏发电系统的性能和效率，进一步推动光伏发电技术的发展和应用。
一种单相光伏系统并网策略研究
一种单相光伏系统并网策略研究一种单相光伏系统并网策略研究收藏此信息打印该信息添加：上海大学自动化系上海市电站自动化技术重点实验室崔开涌张翼俞俊杰陈国呈来源：未知1 引言随着光伏并网发电技术的广泛应用,人们对光伏电池最大功率点跟踪(mppt)效率及并网电流质量的要求也越来越高。
因而光伏系统必须在mppt与输出电流调节都具有较快的速度。
传统光伏逆变器采用的是并网端为整流器双环控制，并在光伏直流输入端进行最大功率点跟踪的模式。
由于整流电压电流双环控制中的电压外环调节速度相对于mppt慢，成为系统快速性的瓶颈。
光伏阵列输出功率很小时，甚至导致母线波动，使得并网电流协波增大。
本文设计了一个2000w单相光伏并网系统，采用前级dc/dc对母线稳压，在扰动观测法[3]和瞬时电流控制[1]的基础上，对变流器提出了一种并网系统输出电流直接控制最大功率点跟踪方法，仅以变换器输出电流的大小作为判断依据，通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制，简化控制算法，提高了mppt的快速性。
同时省去扰动观测法中的电压和电流传感器，降低系统成本。
2 电路结构及系统分析图1为光伏并网系统结构图，由光伏并网控制器、变流器、滤波电感及光伏阵列组成。
图1中v pv为光伏阵列输出电压，v dc为平波电容电压，i c为并网，e s为电网电压。
逆变器等效电路图中r l为滤波电感等效电阻，r p为逆变器损耗等效电阻。
图2为光伏并网系统控制策略框图。
图1 单相光伏并网等效电路图2 光伏并网控制策略图1中输出电流用数学表达式表示，进行拉普拉斯变换可得：(1)3 电流和电压控制器设计电流环采用pi调节器，同时对电网电压进行前馈补偿[4]，电流环控制框图如图3所示。
图3 电流环控制框图电流环配置为一阶系统，取pi调节器参数为：k i p = l sωnk i i = r lωn (2)式(2)中，ωn为截止频率。
根据图3可得闭环传递函数为： (3)图1中直流侧电流可分解为逆变器损耗电流i r和电容充电电流i dc，稳态时，电容电压保持不变，电容充电电流i dc=0，所以i p=i r，即逆变器提供的能量全部用于自身损耗。
太阳能光伏发电单相并网逆变器研究
subroutineflowchartand50on.AccordingtothePrinciPleofPhase一lockedofgrid一cormeeted
1.1太阳能光伏发电的背景与意义............................................................................,,1
1.2太阳能光伏发电的优点........................................................................................,,1
disturbanceobservation15describedandtheimProveddisturbaneeobservationbasedonthe
twomethods15Putforward.TheMatlabsimulationresultsverifythemaximumPowerPoint
光伏发电和最大功率点跟踪....................................................................,,7
2.1光伏发电原理........................................................................................................,,7
首先,在建立光伏电池仿真模型的基础上,本文分析了最大功率点跟踪原理,பைடு நூலகம்细
基于改进SOGI-PLL电网基波正序分量同步方法
式中， ％ 为锁相环输出的正序分量相位角。
图 1 传统二阶广义积分器结构图 Fig. 1 Diagram of traditional SOGI structure
图中输入信号为v» ，输出信号为和原信号 相同的信号v» , 及 移 相 90°的信号
由 图 1 得到传统的S O G I 传递函数为
\⑷ 崖
= U P„ 0 + u „ s\n{-2cot+ (/>)
⑶
式 中 ， 0 = A —供。， 0 为负序电压分量相位角。
设和％中的直流分量和交流分量分别为
Ud~dc > Ud-act Uq-dc-> Uq~〇c i 贝丨j舍—
k = Ud-ac+ ^-dc
(4)
Ud-dc
UP
(5)
Uq-dc
0
V a c " U ncos(-2cot+ </>)
U ns\n{-2cot+ (/>)
(6)
电压不对称故障下，而 轴 电 压 分 量 中 混 有 二 倍 频 的 交 流 分 量 ，因 此 单 同 步 坐 标 系 锁 相 环 无 法 实 现准确锁相和电压基波信号的正负序分离[14]。
3 基 于 改 进 SOGI-P L L 的电网基波正序分 量同步方法
者 ，Emaik 2 7 3 8 2 4 3 1 3 @ q q . c o m ) ; 王安娜(1956-),女 ，辽宁鞍山人，博 士 ，教 授 ，主要从事智能电网、模式 识别、故障诊断等方面的教学与科研工作。
第6期
唐爱博等：基于改进SOGI-P L L 电网基波正序分量同步方法
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相 位 、频 率 信 息 。在 电 网 发 生 不 对 称 故 障 时 ，负序 分量的波动会影响锁相结果的准确性，为实现精确 锁 相 ，必 须 准 确 跟 踪 基 波 电 压 信 号 的 正 序 分 量 [5,6]。 文 献 [7]提 出 基 于 频 率 前 馈 的 新 型 三 相 锁 相 环 结 构 来实现正序分量跟踪，在却坐标系下利用双二阶广 义积分器进行瞬时对称分量运算分离出基波电压 信号的正负序分量。但瞬时对称分量运算也会减缓 系统的响应速度，同时二阶广义积分器对高次谐波 具 有 较 好 的 抑 制 效 果 ，对 低 次 谐 波 的 抑 制 效 果 较 差 ，当混有直流分量时也无法完成电压信号的准确 检 测 [8]。文 献 [9〜11]利 用 特 定 频 率 的 陷 波 器 来 消 除 电网电压不对称时而轴分量中的2倍工频波动量， 但陷波器参数选取较复杂，且没有考虑直流分量和 频率相位偏移的影响。文献[12，13]利用多级联模块 来消除却坐标系下全谐波分量对锁相结果的影响， 但 多 级 联 结 构 增 加 了 系 统 延 时 ，减 缓 了 响 应 速 度 。
单相光伏并网逆变器的研究
单相光伏并网逆变器的研究引言：随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能作为一种最为常见和可再生的能源之一，被越来越广泛地应用于电力领域。
并网逆变器作为太阳能发电系统中的重要组成部分，扮演着将太阳能电能转换成可供电网使用的关键角色。
在其中，单相光伏并网逆变器作为逆变器的一种特殊形式，具有其独特的优势和挑战。
本文旨在探讨单相光伏并网逆变器的研究进展和未来发展方向。
一、单相光伏并网逆变器的基本原理单相光伏并网逆变器是将太阳能电池板产生的直流电能转换成交流电能，并实现与电力网的无缝连接。
其基本原理如下：首先，通过光伏阵列将太阳辐射转换成直流电能；然后，将直流电能输入给逆变器；逆变器通过PWM控制或其他技术将直流电转换成交流电，最终与电力网相连接。
二、单相光伏并网逆变器的关键技术1.MPPT算法最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）是光伏并网逆变器的核心技术之一，主要用于提高系统的能量利用率。
MPPT算法能够根据光照强度和温度变化追踪光伏阵列的最大功率点，从而使得光伏阵列的输出功率最大化。
2.电网互感器设计3.低谐波控制技术光伏并网逆变器的运行可能会引起一些电网发生谐波，噪声等问题。
因此，低谐波控制技术在单相光伏并网逆变器的研究中显得尤为重要。
现有的低谐波控制技术包括多级逆变器、谐波滤波器等，旨在减小谐波和噪声对电力网的影响。
三、单相光伏并网逆变器的应用和发展趋势在未来的发展中，单相光伏并网逆变器将会朝着以下几个方面发展：1.提高逆变器的效率和电能质量，以提高发电系统的整体性能。
2.发展更智能化和自适应的MPPT算法，以提高能源利用率。
3.发展更为紧凑和轻便的设计，以适应各种场景的需求。
4.加强逆变器与电力网的通信和控制能力，以实现更高效的能量管理。
结论:单相光伏并网逆变器作为太阳能发电系统的重要组成部分，具有广阔的应用前景。
通过MPPT算法、电网互感器设计和低谐波控制技术等的不断创新，单相光伏并网逆变器在提高能源利用率、提高发电系统效率等方面取得了显著的研究进展。
光伏并网逆变器中的单相数字锁相环研究
ｉ ｅ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ａｍｏ ｉ ，ｈ ｓ ｆ ｔｒ ｔ ｌ ｒ ｄ ｅ ｏ ｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ ｉ ｕ ｔｂ ｅ ｆ ｒ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ， ｎ ｍｅ ｎ ｈ ｌ ｅ ｉｉ ｌ ｌ ｉ ｅ ｔ ｏ ｓ ｉ ｌ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒ ｐ ｌ ｔ ｓ ａ ｄ ｓ ａ ｎ ｃ ｏ ａ ｗ ｉ ａ ｎ ｗ ｄｇｔ ｅ ａ
Ｔｈｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｇ ｅ ｐｈ ｓ ｓ ａ ｃ ｆ Ｓ ｎ ｌ － ａ ｅ ＰＬＬ ｎ ｔ ｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｉ ｈｅ Ｐｈ ｔ ｖ ｌａ ｃ
Ｇ ｒｄ． ｏ ｉ ｃ ｎｎｅ ｔ ｄ Ｉ ｖ ｒ ｅ ｙ ｔ ｍ ｃｅ ｎ ｅ ｔｒ Ｓ ｓｅ
ＪＮ Ｍａ Ｉ ｎ．Ｓ ｉｎ ｈ ｉ Ｕ Ｊａ ．ｕ
摘 要 ： 光 伏 并 网 系 统 中 ， 确 并 快 速 地 检 测 到 电 网 电压 的 频 率 、 位 和 幅 值 是 必 不 可 少 的 环 节 。 传 统 数 字 锁 在 准 相 相 环 检 测 电 网 电 压 的过 零 点 从 而 实 现 锁 相 ， 该 方 法 抗 干 扰 能 力 差 。 基 于 二 阶 通 用 积 分 器 的 单 相 锁 相 环 较 传 但 统 的 数 字 锁 相 环 具 有 不 受 电 网 频 率 变 化 影 响 、 干 扰 能 力 强 的 优 点 ， 该 算 法 在 离 散 化 实 现 时 会 引 入 二 次 谐 抗 但 波 而 导 致 锁 相 准 确 度 降 低 。 这 里 在 基 于 二 阶 通 用 积 分 器 的 单 相 锁 相 环 方 法 上 进 行 改 进 ， 用 陷 波 器 滤 除 二 次 利 谐 波 ， 方 法 适 用 于 工 程 应 用 ， 时 提 出 了 一 种 新 的 陷 波 器 数 字 实 现 方 法 。最 后 进 行 了 实 验 验 证 ， 果 表 明 该 该 同 结 方 法 不 受 电 网频 率 变 化 的影 响 ， 迅 速 准 确 地 锁 相 并 消 除 了 二 次 谐 波 污 染 。 能 关 键 词 ： 相 环 ：单 相 ：光 伏 并 网 ；逆 变 器 锁 中 图分 类 号 ：Ｎ １． Ｔ ９１ ８ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０ ｌＯ ２ １ ）６ ００ — ３ １０ 一 Ｏ Ｘ（０ １０ — ０ ６ ０
基于改进型SOGI-FLL电网电压同步方法的研究
Abstract: A grid voltage synchronization method based on improved second order generalized integral （SOGI） is proposed to accurately and quickly detect the frequency, phase-angle, positive and negative sequence components of the grid vol-age!andeliminatethesynchronizationerorcausedbyDCo7seetinthetraditionalmethod.Theworkingprinciple!stability and improvement method of SOGI-FLL are analyzed , and the simulation and experiment are carried out. The simula tion and experiment results indicate that the proposed voltage synchronization method based on improved SOGI has good adaptabilityanddynamicperformanceundernon-idealsituationofgridvoltage. Keywords： SOGI； grid voltage synchronization； DC offset
单相光伏并网逆变器的研制
于本文的篇幅限制不能进一步深化探 究，希望
就有全桥逆 变器 以及半桥逆变器等，推挽式 的 此次理论研究能起到抛砖引玉的作用。
１ 光 伏 并 网 系 统 结 构 及 单 相 并 网逆 变 器 逆变器拓 扑的结构 是通 过两个 共负极功率开关 并网控制方法 元件和单个初级带 有中心抽头升压变压器所构 参考文献
及单电压极性调制 。单极性调制主要是 ４个开 【 关键词 】单相 光伏并 网逆变器 光伏发 电 系 关 的消 耗 也相对 较少 。虽然 这 一控制 方法 有 关 管采 取 ４个 不同信 号控制，单极性调制优点
统 设 计
就 是谐 波 的分 量 相对 比 较 小 比 较 容 易 消 除 ， 所 以在 开 关 管方 面 受到 到 的开 关应 力 也就 相 应 比
是 光 伏 并 网发 电系 统 及 电 网接 口的主 要 设 备 ，
在控制技术方面也愈来愈重要 。当前对其理论
的 研 究 为 实 践 操 作 发 展 能 够 提 供 理 论 支持 ， 由
型并 网光伏系统 。通过对 单相光伏并网逆变器 进行理论研 究对实 际的系统操 作运行效率提升
就有着指导意义 。
主 要 就 光 伏 并 网 系 统 结 构 以 及 单 相 并 网逆 变 器并 网控 制方 法加 以 阐 述 ， 然 后 对 系统 总 体 设 计 方 法 及单 相 光伏 并 网逆 变器控 制 策略 加以探究。
的交流 电流为稳定的高质量的正弦波，还要 能 Ｔ ２ 、Ｔ ３管进 行导通 ，这 样就 能够使得 电流 信 够和 电网电压 同频 同相 。在 并网逆变 器控制方 号 由此 而 减 小 。滞 环 电流 的控 制 系 统 主 要 就 是 式 上 并 网系 统 要 求 在 逆 变 器 输 出侧 实 现 功 率 因 双 闭 环 结 构 ， 其 外 环 是 直 流 电压 控 制 环 ，而 内 数为 １ ，波 形为正弦波 ，在输 出的电流和网压
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基于光伏并网系统的单相SOGI-PLL技术研究王淑青;要若天;袁晓辉【摘要】针对光伏并网系统中传统SOGI-PLL在运行时因电网电压出现波动而导致输出角频率中含有基波二倍频谐波的问题,在分析二阶广义积分器锁相环的原理和结构的基础上,采用前馈滤波器消除电网电压计算和AD采样延时,并在环路滤波器前引入改进的陷波滤波器来消除二倍频谐波.Matlab仿真结果表明该改进的控制策略能有效地衰减前馈电网电压引起的谐波,并在电网频率跳变的非理想电压情况下快速锁定电压相位、保持良好的锁相精度,能进一步改善光伏并网逆变系统的控制效果.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】4页(P44-47)【关键词】光伏并网;SOGI-PLL;陷波滤波器【作者】王淑青;要若天;袁晓辉【作者单位】湖北工业大学电气与电子工程学院,湖北武汉 430068;湖北工业大学电气与电子工程学院,湖北武汉 430068;华中科技大学水电与数字化工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TK514在光伏发电系统中，为了尽可能向电网输送高质量的电能，保持电网电压和并网电流的相位同步非常关键。
常用的锁相技术有电压过零检测法、傅里叶变换法、空间矢量滤波法、正弦跟踪算法以及引入二阶广义积分器锁相环(SOGI-PLL)等[1]。
过零检测法容易受到电网电压在过零点跳变的影响，在过零点处振荡频繁，可能导致一个周期含有多个过零点；空间矢量滤波法则动态响应较慢，且对电网电压的幅值以及频率波动较为敏感，不利于进行检测；而引入二阶广义积分器锁相环也会在电网频率变化不定或在含有大量谐波时难以锁定和跟踪基波相位，导致动态响应速度缓慢，性能不佳[2]。
本文在传统SOGI-PLL的基础上，针对AD采样计算延时、控制器计算导致的相位延迟以及由增益衰减而引起的性能不足的问题，采用低通滤波器对电网电压进行滤波，引入改进的陷波滤波器来抑制两路正交信号中的高频信号。
1 SOGI-PLL锁相环控制原理单相SOGI-PLL借鉴了三相逆变器的锁相环算法[3]，其结构见图1，其中正交信号发生器的控制框图见图2。
首先由信号发生器将电网电压转换为虚拟的两路正交信号vα和vβ，再经Park变换为dq轴直流信号，虚轴vq经过低通滤波器(LPF)将高频信号过滤，仅保留低频基波信号。
LPF的输出信号加上额定基波频率，经过压控振荡器(VCO)积分后得到电网电压相位，当锁相环达到稳定后，电网电压的幅值、相位和频率参数即可通过锁相环获得[4-5]。
图 1 传统SOGI锁相环控制图 2 正交信号发生器控制由图2可知二阶广义积分锁相环的闭环传递函数为(1)其中(2)在式(1)和(2)中，Hd和Hq为谐振滤波器，ω为谐振频率，ω可从电网电压基波中得到。
k为阻尼系数，可控制系统输出受电网电压谐波影响的程度。
将公式(1)离散化，并由可得式中谐振系数k∈ [0, 2]，当k分别取0.5、1和1.5时，v′对v的波特图见图3。
从图3可知，谐振系数k不仅影响控制系统增益，还影响控制系统带宽，较小的谐振系数对谐波抑制能力强，但是达到稳态时间长；较大的谐振系数达到稳态的时间较短，但是对谐波抑制效果不好。
综合考虑，将谐振系数k选取为0.8。
图 3 不同谐振系数的波特图2 改进锁相环的设计为解决因控制器的AD采样、逆变桥调制和控制器计算等因素导致的相位延时，有效提高锁相环在电网电压波动下的动态响应能力，采用了超前相位低通滤波器对电网电压进行前馈滤波，当采样频率f为10 kHz时，其传递函数当电网电压频率不为谐振频率时，正交信号与电网电压信号之间存在着一定的相位偏差量，假定uα与uβ的夹角为90°+Δθ，由于Δθ非常小，则可设从图1中可看出，当锁相完成时，经Park变换可得ud=uαcos θ+uβsin θ=umcos2θ+umsin(θ+Δθ)sin θ=umcos2θ+umsin2θcos Δθ+umcos θsin θsin Δθ由于Δθ的值很小，则cos Δθ≈1,sin Δθ≈Δθ，由此可得同理将正交信号经过2/2变换后会含有两倍频的谐波信号，偏差量经PI控制后也会导致锁相环产生的角频率中含有一定谐波分量。
为了消除二次谐波分量对系统的影响，在PI控制前采用改进的陷波滤波器进行过滤，以消除基波频率的两倍频谐波，保留直流分量并消除偏差信号对锁相环的角频率影响。
其控制框图见图4，改进的陷波滤波器见图5。
图 4 改进方法的控制图 5 改进的陷波滤波器图5中陷波滤波器的传递函数可表示为陷波滤波器的波特图见图6。
由图6可知:陷波滤波器的陷波频率为基波的二倍频，因此在二倍频处幅值有很大的衰减，但对其他频率处没有影响，因此不会影响系统的带宽和性能。
图 6 陷波滤波器的波特图3 仿真分析为了验证改进算法的正确性和有效性，利用Simulink搭建仿真模型。
图7a是未添加陷波滤波器时的输出波形，锁相环输出中依然含有一定基波的二倍频谐波。
图7b为改进的锁相环控制算法输出的波形，可以看出采用改进的陷波滤波器后能有效地消除谐波。
(a) 未加入陷波器(b)加入陷波器图 7 加入陷波器前后的锁相结果对比当电网频率发生突然跳变时，改进的锁相环输出波形见图8。
其中图8a展示了电网电压掺入15%的5次谐波与7%的7次谐波输入时的波形，图8b、c分别展示了频率突变时的锁相结果。
可见经本文改进的锁相环算法既能应对一定程度的电网谐波干扰，且可以在电网频率出现突变波动时通过快速准确地锁相来获取电网的相位以及频率幅值等信息，另外，本改进策略也能很好地跟踪电网电压。
(a)含有15%的5次谐波与7%的7次谐波输入时(b)频率变为80%基波频率时(c)频率变为120%基波频率时图 8 同实验状态下的锁相结果4 结论本文分析了传统SOGI-PLL的基本原理和结构，针对正交信号发生器产生的正交信号与理想信号的偏差而导致锁相器输出角频率含有基波二倍频谐波的问题，在PI控制前端采用了改进的陷波滤波器来过滤二倍频谐波，并通过仿真验证了算法的正确性。
仿真结果表明，改进的控制算法能有效消除输出角频率中的基波二倍频谐波，在电网电压出现不同频率跳变波动的非正常情况时，改进的锁相环能够快速跟踪电网电压相位和频率，具有良好的动态性能和锁相精度，运用在光伏并网系统中将有效改善其控制效果。
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