陈拉拉， 王 蔚

(长春工业大学 电气与电子工程学院， 吉林 长春 130012)

0 引 言

目前大多数设备不仅消耗有功功率,还消耗无功功率，如果光伏并网系统在并网发电的同时,还可以对本地负载进行无功补偿，这样就可以减轻电网的负担，提高电网稳定性。并网逆变器拓扑多为电压型结构，与静止无功补偿器有相似之处[6]，因此,可通过对逆变器的控制，使其既可以并网发电，也兼备无功补偿的功能。

1 系统控制原理

2 dq坐标系下的电流解耦

大容量逆变器多是三相三线制，环路设计时，可将系统从三相自然坐标转换到两相静止坐标下，此时，三相逆变器可转为两个单相逆变器控制；也可转换到两相旋转坐标系下[10]，此时可直接控制逆变器有功电流和无功电流，方便逆变器有功功率和无功功率调节，采用PI调节可实现并网电流基波无静差控制，故采用dq坐标系。

dq坐标下三相并网逆变器的数学模型如下：

(1)

可见d轴中存在iq,而q轴中存在id，即两者耦合，这会加大设计电流调节器难度，因此要对两者解耦，把式(1)变形为:

(2)

令

(3)

将式(3)代入式(2)：

(4)

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(5)

式中: Δud,Δuq----PI调节器d轴和q轴分量的输出;

τpi----积分时间常数;

可得控制变量ud和uq的控制方程为：

(6)

通过推导，借助引入电流状态反馈，解除dq耦合，可独立控制，简化环路设计。Simulink模块库搭建的仿真图如图1所示。

3 两种负载模式下仿真

通过Simulink模块库搭建光伏并网系统模型，光伏系统容量100 KVA，网侧电压220 V，频率50 Hz。

光伏阵列输出电压370 V，经Boost电路升压至700 V供逆变桥；滤波电感L=3 mH，R=0.01 Ω;调制方式为SVPWM[11]。

光伏并网系统模型搭建如图2所示。

图1dq解耦控制仿真搭建

图2 光伏并网系统模型搭建

3.1 光伏系统输出满足本地负载后余电并网

图3 A相电网电压和并网电流波形(未补偿)

图4 逆变器A相输出电压和电流波形(补偿后)

图5 A相电网电压和并网电流波形(补偿后)

从图3～图5可以看出，当系统以单位功率因数运行，系统向负载和电网送有功，而负载所需无功则由电网供给(见图3)；当系统并网发电和本地负载无功补偿同时进行时(见图4)，网侧电压和并网电流同相位(见图5)，电网从系统吸收有功，负载有功和无功从光伏系统获得，系统多余有功馈送到电网。

3.2 电网向负载供电

图6 A相电网电压和并网电流波形(未补偿)

图7 逆变器A相输出电压和电流波形(补偿后)

图8 A相电网电压和并网电流波形(补偿后)

由图6～图8可知，由于本地负载增大，系统输出已不能满足负载需求，当系统单位功率因数运行时，系统全部向负载提供有功，而余下不足的有功和全部无功由电网供给(见图6)，此时电网向负载既送有功也送无功；当系统并网发电和本地负载无功补偿同时进行(见图7)，系统向负载提供部分有功和全部无功，余下有功由电网向负载供给(见图8)，电网电压和电流完全反相，电网只向负载送有功。

4 结 语

在dq两相旋转坐标下，通过分别控制逆变器有功和无功电流分量，实现逆变器有功功率和无功功率调节，使系统并网发电的同时兼备对本地负载无功补偿的功能，减轻网侧输电线路的有功损耗，增加电网的稳定性。最后借助Simulink元件库搭建仿真模型，验证系统在两种工作模式下，均可较好实现并网发电和对本地负载的无功补偿。

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