张 欢，廖家平，赵熙临

（湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北 武汉430068）

太阳能利用的主流方向是光伏并网发电［1］.光伏并网发电首先是由光伏阵列吸收的太阳能转换为电能，再通过DC－DC电路实现电压升高及最大功率点跟踪，最后通过光伏并网逆变器把直流电逆变成标准的交流电，从而并到电网中去.其中最重要的是光伏并网逆变器及其控制.需要通过控制系统使电网电压和逆变器注入电网电流同相，功率因数接近1［2］.PWM控制技术是目前最为流行的逆变器控制技术［3］.本文则研究其中的滞环电流，首先分析了滞环电流控制的工作原理，在此基础上引入模糊控制以实时改变环宽，来达到对逆变器电流的控制.

1 滞环电流法的控制方法

为了便于分析，以单相并网逆变器为例，分析滞环电流的原理（图1）.

图1 单相并网逆变器原理图

将i＊－i记为Δi，它是滞环比较的输入.根据并网型逆变器原理，通过滞环比较的输出产生控制信号控制T1—T4开关管的通断［4］.具体过程是这样的：以初始i大于0为例来分析，设滞环宽度为h，当T1、T4导通时，i增大，直到i＊－i＝ —h／2时为止，此时控制信号使T1、T4截止而T2、T3导通，那么i减小，直到Δi为h／2时，控制信号再一次使T1、T4导通而T2、T3截止，i增加，如此往复，使电流始终在一定范围内变化.也可以简单概括为当误差达到滞环上限即h／2时开关管T1、T4导通，达到滞环下限即 —h／2时T2、T3管导通.

设T1、T4导通时间为t1，T2、T3导通时间为t2，直流电压为ud，电网电压为uac，滤波电感为L，忽略R1、R2.那么t1时间内，由于T1、T4导通则

那么

在t1时间内电流变化为h，即

在t2时间内，同理可得

则开关周期为

那么开关频率为

可见开关频率和滞环宽度之间存在一定的关系，滞环宽度越小，输出的电流越接近正弦波的参考电流，但随之开关频率增大，开关损耗也增大；滞环宽度越大，虽然可以使开关频率低，但是输出的电流误差大，并且在滞环宽度一定的情况下，由于电网电压是时刻变化的，那么由上式可得开关频率也是大范围变化的，这样对逆变器的损害也是比较大的.通过电流误差和误差的变化率来预测环宽的变化值，通过引入模糊控制规则，控制环宽变化，可以使开关频率变化范围较小.

2 模糊滞环电流控制

传统的电流滞环跟踪控制算法的主要特点是滞环宽度的设定是固定的，导致开关频率的不均匀变化，引起噪声，并导致滤波器设计困难［5］.这里滞环电流通过模糊控制来实时改变滞环宽度，原理见图2.

图2 模糊滞环电流控制原理图

通过电流误差和误差的变化作为模糊控制器的输入，而模糊控制器的输出是滞环宽度的变化值.具体步骤如下.

2.1 确定模糊控制器输入和输出变量的模糊子集及其论域的选择

模糊控制器的输入是电流误差（E）和误差的变化量（Ec），输出是滞环宽度的变化量（Δh）.它们的论域为

理论上等级划分越细，控制精度越高，但是计算量也会增大，所以模糊子集论域没必要划分得太细.

2.2 确定模糊控制器输入和输出变量的隶属度函数

常见的隶属度函数有三角形、梯形、高斯型等，在这里选择三角形作为隶属函数.对误差E和误差变量Ec取5个语言值负大（NB）、负小（NS）、零（Z）、正小（PS）、正大（PB），对Δh取三个语言值负（N）、零（Z）、正（P）.误差和误差变量所得隶属函数见图3.

2.3 确定模糊控制器的模糊控制规则

模糊控制器的核心是模糊控制规则，其表达形式一般用if（Eis…）and（Ecis…）THEN（his…）.

图3 误差及其变量隶属函数图

当E＝NB，Ec＝NB，即电流误差和误差变化都为负大，在滞环宽度不变的情况下，由于误差是在滞环边界附近，误差变化为负大则下一时刻要超过滞环边界，所以这个时候要使滞环变化为最大，环宽增大，使电流始终在环宽以内.

当E＝NB，Ec＝PB，即电流误差为负小，误差变化为正大，也就是下个时刻电流误差增大，回到滞环宽度以内，这种情况不需要Δh的控制，所以控制出现死区.

按此总结出所有的控制规则，采用列表的方法（表1）.

表1 模糊控制规则表

2.4 模糊控制器输出量的清晰化

通过系数加权平均法，用清晰值代替模糊值，以此控制滞环宽度.

3 系统仿真

通过模糊滞环控制建立的MATLAB仿真（图4）.

在模糊变环宽基础上搭建了三相并网逆变器的模块，输入电压为640V，稳压电容为3 300μF，经全桥逆变后，LCL滤波，滤波电感分别为1.6mH和4.7mH，滤波电容为13.8μF，再经过10Ω电阻和1mH电感后并入电网中.确定如上参数后，逆变器输出的电流和电网电压在示波器中的波形（图5），保持了电流和电压频率及相位的一致.

图4 模糊滞环控制仿真图

图5 电网电压与逆变器输出电流波形图

4 结论

本文在分析滞环电流法的基础上，针对定滞环开关频率过大，加入了模糊控制以控制环宽.通过电流误差和误差变化来达到实时改变环宽的目的.结果表明，加入模糊控制后开关频率大范围下降，谐波失真小，输出电压波形稳定，从而逆变器的性能也得到一定的改善.

［1］崔容强，赵春江，吴达成.并网型太阳能光伏发电系统［M］.北京：化学工业出版社，2007：40－46.

［2］戴训江，晁 勤.光伏并网逆变器自适应电流滞环跟踪控制的研究［J］.电力系统保护与控制，2010，38（4）：13－17.

［3］林渭勋.现代电力电子技术［M］.北京：机械工业出版社，2006：59－63.

［4］Chen Y，Slmdley K.A.cost－effective single－stage inverter with maximum，power point tracking［J］.IEEE Transaction on Power Electronics，2004，19（5）：1 289－1 294.

［5］刘凤君.现代逆变技术及应用［M］.北京：电子工业出版社，2006：75－84.