阎昌国，刘小雍，李生红，刘晓宇

（遵义师范学院工学院，贵州遵义563006）

光伏发电系统并网控制策略研究

阎昌国，刘小雍，李生红，刘晓宇

（遵义师范学院工学院，贵州遵义563006）

逆变器是光伏发电系统的主要核心部件，其并网控制策略在改善系统整体性能、提高太阳能利用率等方面发挥着至关重要的作用。作者以单相全桥逆变器为研究对象，分析了并网控制的工作原理，研究了带与不带电网电压前馈的两种直接电流控制策略。理论分析与实验仿真结果证实，加入电网电压前馈不仅能提高系统的跟踪精度，还能改善系统并网电流的质量。

逆变器；光伏发电系统；控制策略；电压前馈

近年来，随着世界人口的持续增长、全球经济规模的飞速发展使得能源短缺、环境污染和供电紧张等难题日益突出，已严重影响了人类的生存与发展。为改善生态环境，缓解供电紧张，新能源并网发电技术应运而生，并很快受到许多专家学者的关注[1,2]。其中，太阳能因其取之不尽、用之不竭、清洁无污染的独特优点，使光伏发电系统在众多新能源发电技术中脱颖而出，并迅速得到应用与发展[3-5]。而逆变器作为光伏发电系统中并网技术的核心部件，承担着系统能量传送与转换的重任，其并网控制策略不仅关系着系统能否安全可靠、稳定高效地运行，还在系统的整体性能、促进光伏产业发展等方面发挥重要作用[6-8]。为此，本文在以单相全桥逆变器为研究对象的基础上，对其带与不带电网电压前馈的两种直接电流并网控制策略进行了较为深入的理论分析与研究，最后通过在 Matlab/Smulink中搭建一个1kW 的仿真实验系统来验证本文理论分析的正确性。

1 并网控制原理分析

图1 光伏发电系统并网等效电路

因此，式（1）就是系统稳定并网运行时所必须满足的电压平衡方程，假定电阻忽略不计，且采用矢量来表示式（1）有：

则依据式（2）便可作出如图2所示的矢量关系图。假定参考方向如图中所标注，则可知因的存在，电压间必然有某一大小的相位误差存在。电压在系统并网时会受市电的箝制，其幅值与相位恒定不变。在直接电流的控制模式下，i的幅值与相位能做到随时可控，而对于容量一定的系统，稳定运行时i的大小也是恒定的。因此，设计时只需控制i的相位始终跟踪的相位就能保证所设系统满足图2所示的矢量关系，即在理论上实现光伏发电系统的并网稳定运行。

图2 系统并网运行矢量关系图

2 并网控制策略分析

图3为未加入电网电压前馈的直接并网电流控制策略。ADPLL为全数字锁相环模块，由FPGA实现，目的是锁定电压的相位，为下一步同步跟踪实现并网运行做准备。sin为内部存有正弦波表的正弦波发生器，也由FPGA实现，目的是依据ADPLL输出的相角查表获得与同频同相的正弦波。为并网参考电流，由前级电压控制环获得为 PI控制器的等效传递函数为含PWM与逆变桥的等效传递函数为输出滤波电感的等效传递函数。则由自动控制理论知识可推导出电流 i的等效传递函数为：

图3 未加入前馈的控制策略

图4为加入电网电压前馈的直接并网电流控制策略，前馈网络为图中虚框部分，其等效传递函数为则可推导出该策略下电流i的等效传递函数为：

图4 加入前馈的控制策略

3 仿真结果

为验证上述理论分析的正确性，本文搭建了一个单相光伏发电系统的并网仿真模型（如图5所示）。系统容量为1kW，电流设为6.48A，电感取6mH，电阻取0.4，系统前级采用400V的恒压源替代，工作频率设为60kHz，示波器输出值设置为以缩小10倍的方式来显示电网电压。在该系统中分别对上述所分析的两种并网控制策略进行仿真测试。

图5 光伏发电系统并网仿真模型

图6 未加前馈下的仿真结果

图7加入前馈后的仿真结果

图6、图7分别为未加入与加入电网电压前馈控制策略下的仿真结果。对比图6(a)与图7(a)知：未加入前馈时，并网电流峰值明显要小于给定值6.48A；加入前馈后，并网电流峰值近似等于给定值6.48A，从而证实加入电网电压前馈能提高系统的跟踪精度。对比图6(b)与7(b)知：未加前馈时，并网电流谐波畸变率THD为3.21%，50Hz基频为2.646；加入前馈后，其谐波畸变率THD降低为1.29%，50Hz基频提升到6.522，从而证实加入电网电压前馈能大大改善并网电流质量。

4 结论

本文以单相光伏并网发电系统为研究对象，定性分析了系统并网稳定运行的控制原理，并对比研究了带与不带电网电压前馈的两种直接电流控制策略。文中的理论分析表明消除电网电压扰动能极大地提升系统跟踪精度，改善并网电流质量，最终通过对比实验证实了该理论分析的正确性。同时，本研究对于其他新能源并网发电系统一样适用。

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（责任编辑：朱 彬）

A Study of the Grid-connection Control Strategy for PV System

YANG Chang-guo，LIU Xiao-yong，LI Sheng-hong，LIU Xiao-yu
(School of Engineering and Technology,Zunyi Normal College,Zunyi 563006,China)

As the core of PV(Photovoltaic)system,the grid-connection control strategy of inverter plays a vital role in improving overall system performance and the utilization rate of solar energy.Based on the single phase full bridge inverter in this paper,this paper analyzes the working principle of the grid-connection control,and studies two kinds of direct current control strategy that with and without the grid voltage feed-forward.Finally,the theoretical analysis and simulation experiments results show that the join grid voltage feedforward control can effectively improve the tracking accuracy of system and the quality of gird-connection current.

inverter;PV system;control strategy;voltage feed-forward

TM46

A

1009-3583（2017）-0097-03

2016-10-15

贵州省科技厅基金资助项目(黔科合LH字[2015]7054号，黔科合LH字[2015]7015号)；贵州省教育厅青年基金资助项目（黔教合KY字[2016]254号）；遵义师范学院博士基金资助项目(遵师BS(2015)04号)

阎昌国，男，贵州遵义人，遵义师范学院工学院讲师，硕士。主要研究方向：电力电子技术控制与应用。