赵湘津 王世荣 高胜昌

摘要：输出波形作为一个评判逆变器优劣的标准之一，已经有很多相关的控制策略。无差拍控制作为一种受干扰影响小，控制过程不会出现过冲且开关频率不变等优点的控制方式，已经在很多方面得到应用。本文首先对无差拍原理进行分析，并对获得PWM的占空比过程进行了推导，给出了参考电流的得到方法，最后在MATLAB上就所得系统进行建模仿真。

关键字：无差拍、逆变器、matlab、占空比

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1、引言

光伏发电系统的逆变部分做为其主要部分，历来是研究重点。目前，国际上知名的光伏发电系统制造商都拥有自己特点的逆变器研究成果，在控制方式和电路拓扑结构方面都有各自的优点。光伏发电系统的性能好坏受逆变部分的效率和性能的影响也最大。

现在已经有了很多关于电流的控制方式无差拍控制方法与这些方法相比，最大的有点就是受外部信号干扰小，可以实现无过冲的控制过程。基于以上优点，逆变部分的控制方式采用无差拍控制，对于系统逆变部分的性能和效率也有很大的改善。

当前，已经有了很多基于电流的控制策略，而无差拍控制不但在很多工作条件下性能可靠，而且在控制过程中没有过冲现象，还受外部干扰影响小，基于这些优点，提高了系统输出电能的质量。

2、无差拍控制在光伏逆变器中的应用

2.1、无差拍控制原理

利用系统状态方程以及对系统当前采集到的数据，通过计算可以得到下一周期开关的控制量，来实现输出量对输出量的跟踪目的，这就是无差拍控制。详细来说，对于每一个采样周期的控制量（脉宽控制量），都是通过系统的状态方程，由对下一采样周期的预估值和当前的状态向量计算出来的。所以对系统的实时运算的能力，该控制方式有着很高的要求。设连续系统方程为：

（1）

若第k次时刻的脉宽量为，直流侧的电压为E。X（k+l）用预估参考状态代替，则上式可变为如下形式：

（2）

通过式（2）可以得到脉宽量，而且可以在第k时刻输入PWM发生器，得到想要的PWM波。因此，如果在第k次采样周期内能够对下一次采样周期的参考状态进行预估，那么根据上面的算法，在第k+1次采样周期的状态代替参考状态，达到无差拍控制的目的。

2.2、逆变器数学模型

单级式三相光伏逆变器主电路图1所示。其中u为电网电压；i为逆变器输出电流；电路的等效电阻是R；滤波电感是L；直流侧母线电压是Udc；直流侧母线电容是C。

图1 主电路结构图

在以下条件下对上面的电路数学建模：

（1） 电网电压为理想电压（纯正弦且三相平衡）；

（2） 滤波电感为不用考虑饱和的线性电感；

（3） 功率器件为理想开关。

为了不考虑高频分量，能够直接用于控制器设计中，本模型采用占空比的描述形式。设逆变桥的开关函数为：

所以上述电路可以表达为如下形式：

（3）

将上面方程离散化。假设、、分别是第k个周期采样电流的参考值，T是采样周期，现在令逆变桥各相的占空比为、、，、、。因为电网基波频率只有50Hz，而系统的控制频率通常都有数千兆赫，所以在一个控制周期里，我们一般可以不考虑光伏阵列端电压和电网三相电压的变化，这样方程离散化后可变为如下形式：

（4）

我们可以注意到式（4）各方程不独立，只是两两独立，这里我们设该逆变桥上、下桥臂的开关器件总导通时间相等，则我们可以得到式（5）：

（5）

联立式（4）、式（5）可有：

通过上式就可以求得PWM的占空比：

按照上式计算求得的占空比就能够该系统逆变桥实现要求的控制目的。

3、三相逆变器仿真及结果分析

为了验证前面数学模型的性能，在 Simulink 在建立仿真模型，其主电路结构同图2。系统主要参数：

图2 单级式三相光伏逆变器仿真模型

通过上面的模型，可以发现控制频率为5kHz时，对输出电流控制的效果最好。采用无差拍PWM控制时，光伏并网逆变器输出三相电流及A相电流跟踪电网电压如下图：

图3 逆变器输出三相电流

图4 A相电流对电网电压进行跟踪

4、结论

从上面的仿真结果可以得到，无差拍控制应用到逆变桥开关量控制的效果很好，不但并网波形好，而且控制的精度也高，能够完成逆变器单位功率因数并网运行，是一种不错的并网控制策略。

参考文献

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