陕西电力

2018 第 46 卷 第 2 期 Vol.46 No.2 适用于不同类型滤波器的光伏逆变器控制策略研究 张红洁 1 董祖晨 1 何晓明 1 谢芮芮 2 张志奎 2 巴维 2 1. 国网江苏省电力公司常州供电公司 江苏 常州 2. 西安交通大学 电气工程学院 陕西 西安 摘 213000 710049 要 针对含不同类型滤波器的三相逆变器采用不同控制策略的问题 分析了含不同类型滤波器的逆变器控制 策略和实现方法 提出了一种适用于不同类型滤波器的逆变器控制策略 该控制策略基于αβ坐标系 将三相逆变 器的控制转换为 2 个单相逆变器的控制 避免了复杂的坐标旋转变换和前馈解耦控制 可有效提高控制效率 降低 控制器成本 并且使正常情况下的稳定运行控制 故障情况下的低电压穿越 LVRT 控制以及孤岛情况下的电压/频 率 u/f 控制之间的转换相对方便 只需根据并网点电压及孤岛信号来确定工作状态 通过简单的开关转换即可满 足含不同类型滤波器的逆变器在各种工作状态之间的转换操作 稳定性好 操作方便 在 PSCAD/EMTDC 上搭建 光伏电源及控制模型 仿真结果表明该控制策略适用于不同的运行工况 验证了控制方法的有效性 关键词 滤波器 光伏逆变器 控制策略 低电压穿越 孤岛运行 中图分类号 TM464 文献标志码 A 文章编号 1673-7598 2018 02-0020-08 Study of Control Strategy for PV Inverter Considering Impact of Filters ZHANG Hongjie1 DONG Zuchen1 HE Xiaoming1 XIE Ruirui2 ZHANG Zhikui2 BA Wei2 1. State Grid Changzhou Power Supply Company Changzhou 213000 China 2. School of Electrical Engineering Xi an Jiaotong University Xi an 710049 China Abstract: In the light of the problem of using various control strategies for three-phase inverter with different types of filter this paper puts forward a control strategy applied to the inverter with different filters based on the analysis of control strategy and corresponding implementation for the inverters with diverse filters. The proposed control strategy is performed in the αβ coordinate system to separate the control procedure of a three-phase inverter into two single-phase inverters control avoiding the complex transform of coordinate rotation and feed-forward decoupling which improves the control efficiency and reduces the cost of controller. Besides it is relatively convenient to switch the control strategy among different operation modes such as stable operation low voltage ride through under fault condition and islanding operation. According to the voltage at the point of common coupling (PCC) and islanding signal the working condition is determined and the working mode is changed by using simple switch operations. This control strategy keeps stable performance and easy implementation. PV power source model has been built by using PSCAD/EMTDC tool and simulation results show that the control strategy is suitable for different operation modes verifying the effectiveness of the control strategy. Key words: filter PV inverter control strategy low voltage ride through islanding operation 0 围内的应用越来越广 太阳能作为一种无污染的可 引言 再生能源 对缓解全球能源短缺问题起着至关重要 随着能源问题的日益严峻 在全世界范 其研究得到了国内外的广泛关注 目前 逆变器的 基金项目 国家自然科学基金资助项目 51377129 江苏省电力公 司 2016 年重点科技项目 J2016064 Project Supported by the National Natural Science Foundation of China 51377129 Jiangsu Electric Power Company 2016 Key Project of Science and Technology J2016064. 020 的作用[1-3] 逆变器作为光伏电源并网的核心部件 并网控制主要采用以下几种方式 无差拍控制 滞环 控制 基于 PI 或 P 调节器的双环控制和矢量控制[4] 无 差拍控制策略的暂态响应较快 [5] 主要用于含 L 滤 波器的逆变器控制 针对含 L 滤波器的逆变器 文

2018 第 46 卷第 2 期 Vol.46 No.2 献 [6] 提出了滞环电流控制策略, 控制结构简单, 控制实时性强, 参数鲁棒性好 文献 [7] 提出了适用于含 LC 滤波器的逆变器单相控制策略, 该控制具有固定开关频率, 且系统参数设计方便 文献 [8] 提出的基于坐标旋转变换的矢量控制策略, 主要应用于单相控制, 可以实现电压 电流的无静差跟踪 文献 [9] 针对 LCL 滤波器提出的电压电流双环控制, 通过引入电容电流来维持控制器稳定, 从而达到控制目标 综合上述学者提出的不同逆变器并网控制策略可知, 逆变器控制策略通常是针对某一种滤波器而言 随着光伏并网容量的增加, 为了提高电能质量, 往往需要在不同应用场合改变滤波器的类型, 此时, 控制量的测量方式和控制策略的实现都会发生较大变化, 甚至需要采用新的控制方案来维持系统稳定 因此, 针对含不同滤波器的逆变器, 采用相同的控制策略, 可以有效提高控制效率, 降低装置成本 光伏逆变器装置中采用的滤波器类型有 L,LC 和 LCL 滤波器 L 滤波器和 LCL 滤波器分别应用于对电能质量要求较低和较高的场合, 而 LC 滤波器主要用于孤岛运行模式 如前所述, 使用不同滤波器的逆变器控制策略也不尽相同, 例如 L 滤波器主要适用于电流双环控制,LC 滤波器主要适用于电压 / 频率 (u/f) 控制,LCL 滤波器主要适用于电压电流双环控制 显然, 研究含不同滤波器的逆变器统一控制策略可以减少逆变器硬件配置的多样性, 降低成本, 同时可以有效提高控制效率 本文针对含不同类型滤波器的逆变器提出了一种基于 αβ 坐标系的光伏逆变器控制策略 控制系统输入参数的测量点位置和测量方式均不随滤波器的变换而变化, 根据系统不同运行工况, 调整相应控制参数, 即可保持逆变器稳定工作 电网正常运行情况下的并网控制 故障情况下的低电压穿越 (Low Voltage Ride Through,LVRT) 控制以及孤岛运行情况下的电压 / 频率 (u/f) 控制, 只需要通过简单的开关转换即可满足相应控制要求, 控制策略的转换简单, 不需要附加设备元件 基于 αβ 坐标系光伏逆变器的控制策略, 不需要复杂的坐标旋转变换和繁琐的前馈解耦控制, 控制方法简单, 稳定性好 理论分析和仿真结果均验证了该控制策略的有效性 1 αβ 坐标系下逆变器的状态方程 对于含 L 或 LC 滤波器的逆变器, 主要采用 dq [4] 坐标系下的双环控制策略, 但其实现需要复杂的坐标变换和繁琐的前馈解耦控制 含 LCL 滤波器的逆变器控制可分别在 dq 坐标系和 αβ 坐标系下实现 在 dq 坐标系对逆变器进行控制, 会增加系统阶数, 且各个参数之间的耦合较为紧密, 控制参数较为敏感, 若参数选择不当, 将给整个系统的稳定性 [9-11] 造成影响 图 1 给出了含 LCL 滤波器的逆变器并网结构, 其中 L 1,L 2,C 2 分别表示 LCL 滤波器的电感值和电容值,u sa,u sb,u sc 为电网三相电压,i 1a 和 i 2a 分别为滤波器的输入和输出电流,i ca 和 u ca 为分别为滤波器中的电容电流和电容电压,u a,u b,u c 为逆变器端口电压,U dc 为光伏阵列输出直流电压,I dc 为光伏阵列输出电流 图 1 含 LCL 滤波器的逆变器并网结构 Fig.1 Structure of inverter with LCL filter 列写 αβ 坐标系下的状态方程如式 (1) di 1m ì = - 1 u ï dt L cm + 1 u 1 L m 1 ïdi 2m í = 1 u dt L cm - 1 u 2 L sm,m = α,β (1) 2 ïdu cm ï = 1 i î dt C 1m - 1 i 2 C 2m 2 式中 :t 为时间 ; 下标 m 为 αβ 坐标系下的 α 轴和 β 轴 ;u sα,u sβ 为 α 轴和 β 轴的电网电压 ;u cα,u cβ 为 α 轴和 β 轴的电容电压 ;u α,u β 为 α 轴和 β 轴的逆变器端口电压 ;i 1α,i 1β 为 α 轴和 β 轴的滤波器输入电流 ;i 2α, i 2β 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电流 式 (1) 亦可表征含 L 或 LC 滤波器的逆变器在 αβ 坐标系下的状态方程 对于 L 滤波器 :i 1m=i 2m, u cm=u sm, 其状态方程仅包含式 (1) 中的第一个式子 ; 同理对于 LC 滤波器 :u cm=u sm, 其状态方程包含式 (1) 中的第一个和第三个式子 从式 (1) 可以看出 α 轴的状态方程不包含 β 轴的参数, 同理 β 轴的状态方程不包含 α 轴的参数, 因此 α 轴和 β 轴的参数是相互解耦的 综上, 在 αβ 坐标系下实现不同类型滤波器的控制时,α 轴和 β 轴的参数之间相互解耦, 避免了复杂的解耦控制, 可将三相逆变器的控制转化为 2 个单相逆变器的控制, 简化了控制方案 021

2018 第 46 卷第 2 期 Vol.46 No.2 2 三相光伏并网发电系统 光伏电源并网结构如图 2 所示, 分为电气电路和控制电路 2 部分 光伏阵列正负输出端经过电容器 C 1 与逆变器的直流侧相连, 逆变器交流侧经滤波器与电网相连 图 2 中,U dcref 为光伏阵列输出直流电压参考值,i 1 和 i 2 分别为滤波器的输入和输出电流 ;u s 为电网电压,θ 为电网电压相角,a 为提供给功率环的并网点电压与电流的相角差 ;U ran,u rbn,u rcn 是逆变器负序电压参考值 ;U rap,u rbp,u rcp 是逆变器正序电压参考值 ;I Cα,I Cβ 为 α 轴和 β 轴的滤波器电容上的输出电流与输入电流的差值, 称为差值电流 ; I Cαref,I Cβref 为 α 轴和 β 轴滤波器电容上的电流差值参考值 ;U 2α,U 2β 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电压 ;U 2αref, U 2βref 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电流参考值 ;I 2α,I 2β 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电流 ;I 2αref,I 2βref 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电流参考值 ;I 2αp,I 2βp 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出正序电流 ;I 2αn,I 2βn 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出负序电流 ;I 2αnref,I 2βnref 为 α 轴和 β 轴的滤波器输出电流参考值 ;I m 为滤波器输出电流参考值的幅值 ;U inαn,u inβn 分别为 α 轴和 β 轴负序载波信号 ; CTRL1 和 CTRL2 为控制转换开关 制策略采用滤波器输入端和输出端的电流量, 并没 有用到滤波器内部的变量, 因此, 当改变滤波器类 型时, 只需要改变控制器中少许的控制参数, 整个 控制方案不需要变动即可保证稳定运行 3 逆变器统一控制策略 3.1 正常运行方式下逆变器的并网控制 (1) 电压外环控制 电压外环主要控制逆变器直流侧电压稳定和 光伏阵列最大功率点跟踪控制, 关于最大功率跟踪 (Maximum Power Point Tracking,MPPT) 的方法在很 [12-14] 多文献中都有介绍, 这里不再赘述 通过 MPPT 控制得到光伏阵列端口最大功率点的电压参考值 U dcref, 从光伏阵列输出端口测得直流电压 U dc, 通过 PI 控制环节得到并网点电流在 αβ 坐标系下的幅值 I m, 以此来稳定直流侧电压, 详见图 3 中的电压外环 框图, 由图 3 可知, 电压外环正常工作时开关 CTRL2 切换至位置 3 图 2 系统电路结构图和控制框图 Fig. 2 System circuit structure and control diagram 在 αβ 坐标系下, 逆变器控制主要分为 3 部分 : 正常运行时的并网控制 故障期间的 LVRT 控制以及孤岛期间的 u/f 控制 这 3 部分控制的切换通过 2 个开关来实现, 开关 CTRL1 控制系统孤岛运行与正常运行 2 种状态的切换, 开关 CTRL2 控制系统故障与正常运行 2 种状态的切换 此外, 本文所提控 图 3 正常情况下的控制框图 Fig. 3 Control diagram for normal operation (2) 功率环控制功率环通过控制并网点电压 u 2 与电流 i 2 之间的相角关系, 控制无功功率的输出, 得到网侧电流参考值 在正常情况下, 控制并网点电压电流的相角相等, 系统运行在单位功率因数状态, 此时图 3 中的 a=0 当电网发生故障时, 根据电网电压的跌落程度, 改变并网点电压电流的相角差 a, 使系统发出一定的无功功率来支撑电网电压 (3) 电流双环控制电流双环控制并网电流 i 2 的波形, 以增加系统 022

2018 第 46 卷第 2 期 Vol.46 No.2 稳定性 在 αβ 坐标系下对逆变器进行控制时,α 轴 和 β 轴的变量没有耦合关系, 因此, 可以将系统等效 为 2 个单相的逆变器来控制, 以下仅对 α 轴的控制 策略进行讨论,β 轴的控制策略与此类似 电流双环控制包括网侧电流外环和差值电流 内环控制 2 部分, 用差值电流内环来增加系统阻 尼, 有效抑制谐振的发生, 用网侧电流外环来控制 实现对并网电流的直接控制, 可保证较高的功率因 数 通过检测网侧电流 i 2α 和其参考信号 I 2αref, 并利 用 PR 控制器得到差值电流在 α 轴上的参考值, 即 控制信号需要的滤波器电容上的电流校正量 I Cαref 比例控制器利用校正量与差值电流 I Cα 得到 逆变器交流侧电压的控制量, 用以控制逆变器输出 [15-17] SPWM 波 但大量文献表明,LCL 滤波器存在 谐振问题, 仅采用网侧电流反馈控制, 系统难以保 持稳定, 本文控制策略采用将差值电流进行反馈控 制来增加系统阻尼, 抑制系统振荡, 提高系统的稳 定性 正常情况下控制策略结构框图如图 3 所示, 此 时, 开关 CTRL1 切换至位置 2, 同时开关 CTRL2 切 换至位置 3 3.2 故障状态下逆变器的 LVRT 控制 电网故障期间, 光伏发电系统需要保持一定时 间的并网运行 此时不平衡功率导致光伏阵列端 口电压升高, 在达到开路电压后, 光伏阵列输出功 率为 0, 电压不会继续升高 因此, 制约光伏发电 系统 LVRT 能力的主要是逆变器交流侧输出电流 的大小, 只要限制逆变器在故障期间输出的故障电 流大小, 就可以保证光伏逆变器不会因过电流而 脱网 当电网发生不对称故障时, 二倍频无功功率的 控制 网侧负序电流的抑制以及直流侧电压谐波的 控制是相互矛盾的, 只能取其一 [18], 本文选取抑制网 侧负序电流为控制目标 为了控制故障期间输入 到电网中的无功功率, 需要获取稳定的电网电压相 位信号 根据对称分量法, 将电网电压进行正负序 分解, 可得到电网电压的正序基波分量, 设定相位 检测信号为电网电压波形中的正序基波分量 图 4 为故障期间 LVRT 的控制过程, 当控制系 统检测到电网故障时, 通过开关 CTRL2 闭锁实现 MPPT 功能的电压外环控制, 使得电压外环输出值 I m 即并网点电流在 αβ 坐标系下的幅值在故障期间保 持定值, 保证在故障期间输入到电网中的电流为一 个定值, 即定电流控制 图 4 故障期间的控制框图 Fig. 4 Control diagram during fault period 由图 4 可知, 当开关 CTRL1 处于位置 2, 同时 CTRL2 位于位置 4 时, 光伏发电系统运行在 LVRT 状态 正常情况下, 电流双环控制主要是对全电流进行控制, 不需要对其进行正负序分解, 因正常情况下电流主要为正序电流, 负序电流基本为零 而在故障期间, 需要对各电流量进行正负序分解, 分别对其进行控制, 而差值电流幅值一般较小且为高频信号, 不需要对其进行正负序分解 由于 LVRT 控制目标是抑制负序电流, 保证故障期间输出三相对称的正弦电流 因此, 故障期间分别对正负序电流采用电流双环控制, 且负序电流参考值设定为 0, 通过 PR 控制器达到抑制负序电流的目的 当电网电压跌落时, 根据电压跌落深度调节逆变器输出电流与并网点电压的相角差 a, 使光伏发电系统输出一定无功功率, 改善电压跌落情况, 进而提高系统的 LVRT 能力 LVRT 期间所提供并网点电压与电流的相角差 a 表达式如 (2): ì α = 0, U 2 > 0.9 ï U N ï íα = arcsin(2-2 U 2 ),0.5 < U 2 0.9 (2) U N U N ï ïα = π î 2, U 2 0.5 U N 式中 :U 2 为并网点的实际电压有效值 ;U N 为并网点额定电压有效值 当电网电压恢复后, 若将 a 立刻变为 0, 会对电网和逆变器造成较大的冲击, 可按一定速率减小 a 023

2018 第 46 卷第 2 期 Vol.46 No.2 值, 使电流相位逐渐恢复正常, 减小波形畸变 电网电压恢复正常后, 恢复电压外环控制, 控制直流侧电压保持稳定并进行 MPPT 控制, 通过电流双环来控制光伏发电系统运行在单位功率因数状态 3.3 孤岛状态下的 u/f 控制当孤岛运行时, 逆变器运行在 u/f 控制方式下, 提供系统电压和频率支撑 此时, 图 2 中的开关 CTRL1=1,CTRL2=3 该种情况下的控制目标是控制并网点电压稳定, 通过对并网点电压的控制得到差值电流参考值, 差值电流与其参考值在比例控制器的作用下得到逆变器开关管的控制信号, 从而控制并网点电压 孤岛模式下的控制框图如图 5 所示 Fig. 6 图 6 各种运行状态下控制策略实现方式 Implementation of control strategy under various operation status 图 7 控制策略程序框图 Fig. 7 Flow chart of control strategy 4 仿真验证 图 5 孤岛情况下的控制框图 Fig. 5 Control diagram for island condition 综合逆变器在正常运行状态 故障状态及孤岛情况下采用的不同控制策略, 通过状态开关的切换即可实现控制策略的转换, 如图 6 所示 3.4 各种状态之间的转换开关 CTRL1 和 CTRL2 通过检测并网点电压以及并网点的孤岛信号来判断光伏电源应该运行在何种控制模式下 当开关 CTRL1 接收到孤岛信号时, 则判定光伏电源运行在孤岛模式, 此时开关 CTRL1 由 2 切换到 1, 运行在 u/f 控制策略下 当检测到并网点有负序电压时, 即可判定发生了不对称故障, 开关 CTRL2 由 3 切换到 4 当并网点无负序电压产生, 但是三相电压降低, 且没有收到孤岛信号, 可判定为对称故障, 开关 CTRL2 将动作 综合上述分析, 控制策略的流程图如图 7 所示 对于 L 滤波器一般采用双环控制即电压外环控制和电流内环控制, 但是对于 LCL 滤波器, 若仍旧采用该种控制策略, 系统是不稳定的, 下面首先对其进行证明 对于图 1 所示含 LCL 滤波器的逆变器并网结构, 当逆变器的控制策略采用双环控制且采用 L 滤波器时, 光伏发电系统并网电流 I 2 的各次谐波含量如图 8 由图 8 可知 : 经过 L 滤波器后的电流主要为基波电流, 各次谐波含量很少, 且经过式 (3) 计算可得总电流谐波畸变率 d 为 2.34% d = I 2 k k = 2 I 1 100% (3) 式中 :I 1 为基波电流的有效值 ;I k 为第 k 次谐波电流有效值 若将上述 L 滤波器换成 LCL 滤波器, 且总电感值相等, 即 L=L 1+L 2, 逆变器的控制策略不变, 则并网电流 I 2 波形如图 9 所示 024

2018 第 46 卷 第2期 Vol.46 No.2 表 2 滤波器参数 Tab. 2 Filter parameters 滤波器类型 LCL 滤波器 L 滤波器 LC 滤波器 主要参数 滤波电感 L1/μH 滤波电感 L2/μH 滤波电容 C/μF 滤波电感 L/μH 滤波电感 L/μH 滤波电容 C/μF 数值 100 25 200/3 125 125 200/3 4.1 图 8 L 滤波器作用下系统输出电流的频谱分析 Fig. 8 Spectrum analysis of output current of system with L-type filter 图 9 LCL 滤波器作用下系统输出电流的频谱分析 Fig. 9 Spectrum analysis of output current of system with LCL-type filter 由图 9 a 可知 并网电流波形不是稳定的正弦 波 且图 9 b 中的频谱分析图显示有很大的谐波含 量 表明 dq 坐标系下的双环控制无法满足要求 为验证本文控制策略的有效性和可行性 在 PSCAD/EMTDC 中进行模型搭建并对其进行仿真 系统主要仿真参数如表 1 所示 Tab. 1 图 10 不同电压参考值下的光伏阵列输出响应 Fig. 10 Output response of PV array under different voltage reference values 由图 10 a b c 可知 无论采用何种类型 的滤波器 当直流侧电压参考值改变时 光伏阵列 端口电压将变化 且基本接近于电压参考值 说明 电压外环控制的有效性 由图 10 d e f 可知 当直流侧电压参考值为 0.62 kv 时 光伏阵列输出 功率最大 接近额定功率 当直流侧电压参考值变 表 1 仿真参数 Simulation configurations 系统模型主要参数 光伏阵列额定功率 Ppv /MW 光伏 MPP 电压参考值 Udcref /kv 电网线电压/kV 电网电压频率 f/hz 逆变器开关频率/kHz PR 控制器比例常数 kp PR 控制器积分常数 ki 截止频率ωc/(rad s-1) 谐振频率ω0/( rad s-1) P 控制器的比例常数 k PI 控制器的比例常数 kp PI 控制器的积分常数 ki 本地负荷/MW 正常运行情况下的仿真结果 根据图 2 改变直流侧电压参考值 观察逆变器 直流侧电压和光伏阵列输出功率曲线如图 10 化时 光伏阵列输出功率减小 与 0.62 kv 为最大功 数值 2.058 0.62 0.3 50 5 1 0.1 50 314 30 5 0.001 1.5 率点电压相符 说明电压外环控制的可行性 同时 由 图 10 各 列 对 比 可 知 当 改 变 逆 变 器 所 带 滤 波 器类型时 仅仅需要改变相应的控制策略即可保持 稳定 当直流侧电压参考值为 0.62 kv 时 并网点各 变量输出波形如图 11 所示 为了方便比较功率变 化情况 针对采用的不同滤波器 图 11 中将有功和 无功画在同一图中 其中有功的单位为 MW 无功的 单位为 Mvar 功率的影响由图 11 a f 可知 并 网点电压电流基本为正弦波 且谐波含量很少 由 图 11 g i 可知 输入到电网的有功功率接近于 025

2018 第 46 卷 第 2 期 Vol.46 No.2 额定功率 无功功率为 0 系统运行在单位功率因数 此 当电网在 0.3~0.5 s 发生相间接地故障 0.6 s 并 及输出有功无功功率均保持稳定 点电压电流波形见图 13 状态 当采用不同类型滤波器时 并网点电压电流 图 11 正常运行状态下并网点各变量波形 Fig.11 Waveform of each variable measured at PCC in normal operation Fig.12 图 12 αβ坐标系下的并网点电流波形 Current waveform at PCC in αβ coordinate 为检验 PR 控制的有效性 观察并网点电流波 形与其参考值是否保持一致 图 12 为在αβ坐标系 下的并网点电流波形 其中图 12 a b c 为α轴 网点断开 光伏发电系统运行在孤岛模式时 并网 Fig. 13 图 13 并网点电压电流波形 Voltage and current waveform at PCC 由图 13 a 所示的并网点电压波形可知 当电 网发生相间接地故障时 一相电压接近于 0 而另外 两相电压大小相等 相位相差 180o 是由并网变压器 的接线方式导致 当并网点断开时 光伏发电系统 运行在孤岛模式 并网点电压依旧可以保持在额定 电压附近 图 13 b 为并网点测得的电流波形 由于 LVRT 控制采用的是抑制负序电流的定电流控制方式且 控制故障期间的电流为额定电流的 1.1 倍 由图 13 b 可知 故障期间并网点电流虽然含有一定的谐 波分量 但基本还是对称电流 且故障电流的大小 约为额定电流的 1.1 倍 可证明该 LVRT 控制策略 对电流控制的有效性 在光伏发电系统处于孤岛 模式时 由于本地负荷仅为 1.5 MW 小于光伏电源 的额定容量 且孤岛之前光伏电源运行在额定状 态 故孤岛期间输出的电流小于额定电流 图 14 为光伏阵列的输出响应及并网点功率波 电流及其参考值波形 图 12 d e f 为β轴电流 形 图 14 a 中纵坐标表示光伏阵列输出直流电压 滤波器 在不改变控制策略的情况下 经过 PR 控制 图 14 b 中纵坐标表示并网功率的变化 相应的有 及其参考值波形 由图 12 可知 当采用不同类型 后 电流完全可以跟踪上其参考值 说明了 PR 控制 的有效性 4.2 不对称故障及孤岛情况下的仿真结果 为抑制负序电流 在故障期间采用定电流控 制 设定故障期间的电流幅值为额定电流的 1.1 倍 故障期间根据电压跌落情况输出一定的无功功 率 孤岛运行模式是光伏发电系统运行在 u/f 控制 策略下 用于保持并网点电压和频率的稳定 因 026 和电流的变化 相应的电压和电流单位为 kv 和 ka 功和无功单位为 MW 和 Mvar 由图 14 a 可知 故 障期间光伏阵列端口电压升高 是由不平衡功率所 致 又由光伏外特性曲线可知光伏阵列输出电流减 小 在孤岛模式时 本地负荷与光伏电源的额定容量 存在不平衡功率 导致直流侧电压升高 直流电流减 小 由图 14 b 可知 在故障期间 有功功率减小 并发 出一定的无功功率支撑电网电压 符合控制要求 孤 岛模式时 有功功率等于本地负荷 满足功率平衡

2018 第 46 卷第 2 期 Vol.46 No.2 图 14 光伏阵列响应及并网点功率波形 Fig.14 Photovoltaic array response and power waveform at PCC 5 结语 为了避免复杂的坐标旋转变换和前馈解耦控 制, 本文提出了基于 αβ 坐标系的含不同类型滤波器 的逆变器控制策略 通过检测并网点电压以及孤 岛信号的接收情况, 实现正常运行的并网控制 故 障运行的 LVRT 控制以及孤岛运行的 u/f 控制, 不 同运行状态下的控制策略转换简单可靠 该控制 策略对含不同类型滤波器的逆变器控制均适用, 当 改变滤波器类型时, 其控制器参数改动量小, 且在 各种工作状态之间的控制转换简单方便, 可有效抑 制入网电流谐波, 实现较高的功率因数, 同时又具 有很好的稳定性和动态性能, 所需要设计参数少, 结构简单易行 参考文献 [1] 崔明建, 李元林, 高阳. 一种改进单步差拍控制在 APF 中的应用与分析 [J]. 电机与控制学报,2013,17(11): 61-67. CUI Mingjian,LI Yuanlin,and GAO Yang. Application and analysis of a modified single-step beat control in ac tive power filter system[j]. Electric Machines and Control, 2013,17(11): 61-67. [2] 胡汝伟, 黄毕尧. 基于 TD-LTE 的光伏电场通信系统研 究 [J]. 电力信息与通信技术,2017,15(8): 11-15. HU Ruwei,HUANG Biyao. Research on PV station com munication system based on TD-LTE[J]. Electric Power In formation and Communication Technology,2017,15(8): 11-15. [3] SHEN Y W,CUI M J,WANG Q,et al. Comprehensive reactive power support of DFIG adapted to different depth of voltage sags[j]. Energies,2017,10(6): 808-827. [4] KANCHEV H,LU D,COLAS F,et al. Energy manage ment and operational planning of a microgrid with a pvbased active generator for smart grid applications[j]. IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,58(10): 4583-4592. [5] CUI M J,KE D P,SUN Y Z,et al. Wind power ramp events forecasting using a stochastic scenario generation method[j]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2015,6(2): 422-433. [6] 姜婷婷, 李先允, 彭浩, 等. 基于改进型 PI 控制级联单相光伏逆变器的研究与仿真 [J]. 电子设计工程,2016, 24(13): 129-132. JIANG Tingting,LI Xianyun,PENG Hao,et al. Research and simulation of cascaded single- phase photovoltaic in verter based on modified PI control[j]. Electronic Design Engineering,2016,24(13): 129-132. [7] 徐顺刚, 许建平, 曹太强. 电压电流双闭环反馈逆变器并网控制 [J]. 电力自动化设备. 2009,29(10):103-106. XU Shungang,XU Jianping,CAO Taiqiang. Inverter parallel control with voltage and current double closed loop feedback[j]. Electric Power Automation Equipment. 2009,29(10):103-106. [8] 汪妍冰, 雷勇, 李媛, 等. 基于准 Z 源的多电平光伏并网控制系统研究 [J]. 高压电器,2016,52(6): 124-129. WANG Yanbing,LEI Yong,LI Yuan,et al. Study of multi- level photovoltaic grid- connected system based on quasi- Z source inverter[j]. High Voltage Apparatus, 2016,52(6): 124-129. [9] 刘飞, 殷进军, 周彦, 等. LCL 滤波器的三相光伏逆变器双环控制策略 [J]. 电力电子技术,2008,42(9):29-31. LIU Fei,YIN Jinjun,ZHOU Yan,et al. A two-loop con trol strategy of pv inverter with lcl filter[j]. Power Electron ics,2008,42(9):29-31. [10] 彭双剑, 罗安, 荣飞, 等. LCL 滤波器的单相光伏并网控制策略 [J]. 中国电机工程学报,2011,31(21):17-24. PENG Shuangjian,LUO An,RONG Fei,et al. Singlephase photovoltaic grid-connected control strategy with lcl filter[j]. Proceedings of the CSEE,2011,31(21):17-24. [11] 王要强, 吴凤江, 孙力, 等. 带 LCL 输出滤波器的并网逆变器控制策略研究 [J]. 中国电机工程学报,2011,31 (12):34-39. WANG Yaoqiang,WU Fengjiang,SUN Li,et al. Control strat egy for grid-connected inverter with an lcl output filter[j]. Proceedings of the CSEE,2011,31(12):34-39. [12] 孙自勇, 宇航, 严干贵, 等. 基于 PSCAD 的光伏阵列和 MPPT 控制器的仿真模型 [J]. 电力系统保护与控制, ( 下转第 82 页 ) 027

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