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第3l卷第12期 电力自动化设备 V01.31No.12 o 2011年12月 Elec胁Power Aul。i'nati。n Equipment Dec.2011基于LCL滤波器的光伏并网逆变器控制策略

易映萍1,芦开平1,王 林2

(1.上海理工大学电气工程学院,上海200093;2.许继集团,河南许昌461000 摘要:在并网逆变器中引入LC|已滤波器取代单个电感滤波器。并针对采用￡CL滤波器对并网逆变器系统带来的 不稳定性.分别对比了以并网电流作为反馈变量和逆变器侧电流作为反馈变量的电流内环控制方法.提出了基于 桥臂输出电流闭环与电压外环的双环控制策略。由于以并网电流为反馈变量的控制系统为三阶系统.所提控制系 统稳定性和鲁棒性较好。搭建了三相光伏并网逆变系统,实现了最大功率点跟踪,高功率因数并网,结果验证了理 论分析的正确性以及控制策略的可行性.

关键词:光伏并网;逆变器;滤波器;最大功率,最跟踪:控制

中图分类号:TM464文献标识码:A 文章编号:1006—6047(201112—0054—05 光伏并网发电系统是光伏发电的发展趋势.而 并网逆变器是其核心器件.因此本文对光伏并网逆 变器控制方法进行了研究。

1￡说滤波的并网逆变器控制结构与数学 模型分析

相对传统的单￡及LC滤波器.LCL滤波器对谐 波有更好的衰减特性.因此本文采用L说结构的滤 波网络实现并网逆变器与电网的连接。如图1所 示.并网逆变器主电路包括输入直流母线滤波电容 C和6个IGBT开关管的三相全桥电路,以及由厶、 ct。、L:组成的三阶滤波器…。控制系统采用电压电流 双环控制。SVPWM调制方式。本系统的主要参数取 值如下:直流母线电容C=4400“F。LCL型滤波器 中网侧电感L1_0.2mH,Cu_210lzF,逆变器侧电感 厶=0.1mH。开关频率为4200Hzt 21。

基于LCL滤波器的三相并网逆变器建模滤波 器状态空间模型的具体形式与所选状态变量有关. 为了建立采用L观滤波器的三相并网逆变器的状 态空间数学模型,

这里选择电感￡,的电流ih、i叭ih 交流滤波电容与阻尼电阻串联之后总的分压比~Ⅱ扒 M。,以及并网电流屯、匕、i知为状态变量,假设三相电 源平衡.将三相静止坐标系下基于L血滤波器的并 网逆变器数学模型【2]经旋转坐标变换.得到￡CL滤 波器在幽坐标系下的数学模型f3-4]:

警一}小咄一}Ⅱd+}№ 誓=一百R1旷㈣‘。一百1Ⅱ白+}‰ 享di扰辜R2二.:莓..1R2..1二妻㈩ 誓=一i旷…ti“白一丢e。 一

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其中,i叭i?。为面坐标系下逆变器侧电流;匕、i勾为 由坐标系下网侧电流;tt叭Ⅱq为电容电压;‰、‰为 逆变器输出电压。

图1单级式三相并网逆变拓扑

Fig.1Topology of single—stage three—phase面d-connected inverter 收稿日期:2010—12—18;修回日期:2011—10—24

万方数据

2LCL控制策略的研究

￡C￡滤波器的阻抗值与流过的电流频率成反 比,频率越高,阻抗越小,所以可以滤除高频谐波。然 而,滤波电容的分流作用使整流器的电流控制系统 由一阶变为三阶。控制更为复杂.并且在某些高次谐 波电流下。￡C￡滤波器的总阻抗接近零.将导致谐振 效应,影响系统的稳态性能。一般采用在已有控制策 略的基础上增加阻尼作用来解决这个问题f5】.阻尼 方法分为2种:一种叫做“无源阻尼法”.它是通过在 电容上串联电阻来使系统稳定.该方法稳定可靠.在 工业中被广泛应用.但是加入的电阻会增加系统的 损耗。无源阻尼法可应用于任何成熟的控制策略.最 常见的是基于无源阻尼的无差拍控制:另一种方法 是通过修正控制算法使系统达到稳定.消除谐振作 用,这种方法叫做“有源阻尼法”。本文采用无源阻 尼电流电压双闭环控制的策

略。根据文献f6]无源 阻尼电阻计算公式所需要的电阻值很小.而实际 电路中电感、电容都有一定的阻值.所以在实际系统 中。无需另行添加无源阻尼电阻。逆变器侧电流与网 侧电流都是可控的.而选择不同的电流反馈对系统 性能有很大的影响.选择网侧电流可以很好地对电 路进行控制,但是不利于系统的稳定.选择逆变器侧 电流对电路进行控制.电流内环的稳定裕度相对较 大。式(2和式(3为经过Park变换之后的网侧电 流、逆变器侧电流对逆变器输出电压的传递函数…:匕=[“k+(s2￡2cu+CoRlsu。]÷

[LlL2C.s3+(￡IR2+￡2R1C.s2+

(￡l+￡2+尺1尺2cus+(尺2+R1](2 屯=[(s咒2cu+cuR2s+1地+‰]÷ [￡lL2C.s3+(￡lR2+￡2R1C.s2+

(￡l+￡2+月l尺2C。s+(R2+尺1](3 其中,Uk为逆变器侧电压,‰为电网电压。 由于采用了￡皿滤波器.选择网侧电感电流作 为反馈会使得整个受控对象为三阶系统.控制带宽 会受到很大限制,影响系统的稳定性和鲁棒性…。将 电流内环的反馈采样取在模块侧.网侧电流、逆变器 侧电流的Bode图如图2所示(曲线1为网侧电流. 曲线2为逆变器侧电流。

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