光伏发电逆变器并联技术研究

李凯

摘要：文章主要是分析了三相逆变器控制技术，在此基础上讲解了逆变器并联控制技术，以及逆变器的并联控制，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。

关键词：三相逆变器；环流；模糊控制

1 前言

目前，我国电力电子技术快速发展，同时也推动了光伏发电技术的发展进程，三相逆变器是光伏发电系统中重要的组成部分，并有着十分重要的作用。为此文章对三相逆变器控制技术展开了研究和探讨。

2 三相逆变器控制技术

从传统的集中供电到分布式供电的交流供电系统发展中，逆变器并联运行的控制技术是必不可少的关键技术。传统的集中式电源采用集中式逆变器，由于成本高，体积大，安装难度大，运行可靠性差等原因，该方法的实用性越来越差。只要出现故障点，整个系统就会瘫痪。在研究并联系统的控制技术时，首先要研究各电源控制技术的模块化供应，模块化功率控制技术可以使系统具有更好的稳态性能和动态性能。稳态性能主要体现在各个电源电压幅值和其稳定性、准确性上，第二阶段动态该模块的性能主要体现在输出电压、电流谐波含量（THD）和负载上突变。

2.1 数字PID控制

数字PID控制具有操作简单、参数调整方便等优点，在工程领域得到了广泛的应用。早期的逆变器只能采用模拟PID控制，系统测试采用电压单环反馈控制，稳态和动态性能较差，非线性负载系统无法得到有效控制。在反馈中引入滤波电感或滤波电容，无法有效控制系统，但使用模拟电路来实现这一功能会更加困难与复杂，数字信号处理芯片的出现很快解决了这一问题，使控制器的设计更加简单方便。

2.2 重复控制

重复控制是一种基于内模的控制方法理论。原理是将作用于系统外部信号的动态模型嵌入控制器中，形成高精度的控制系统。因此，只要使用预定频率的周期信号，系统就可以随时跟踪周期信号时间。如果将其添加到控制器的前向通道中，可以反复控制和使用信号。系统模型越精确，带有无差拍控制的逆变器的输出功率质量越高，总谐波含量越低，动态特性越好。因此，在实际控制中，一旦受控对象的数学模型不准确，输出将变得不稳定。

2.3 滑模变结构控制

滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不连续性，这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等优点。该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后，难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生颤动，即抖振问题。

3 逆变器并联控制技术

（1）并联的各电源模块能够对电网进行自动投切，并且在进行自动投切时不能对电网产生较大的冲击。当系统中有新的逆变模块进行投切时，系统总的输出波形不能发生太大的畸变，这就要求系统的输出电压和电网电压之间的频率、相位、幅值、相序等参数的差别要小于系统允许的误差范围内，否则会对电网和光伏发电系统产生冲击造成输出失真。

（2）在系统允许的输出电压和负载范围内，要求各电源模块能够对系统的输出功率实现快速的均分，包括有功功率的均分和无功功率的均分。如果逆变器并联系统不能够快速实现负载均分（即功率均分），则会使系统内部各电源模块之间的环流较大，增加系统自身的发热损耗，可能会损坏光伏发电系统，影响设备安全。

（3）当系统出现故障后，能够快速检测到发生故障的电源模块，并将该模块从系统中快速切除，切除后该模块的输出功率能够快速的平均分配到其它的电源模块上，并且在系统输出容量不够时，有其它新的模块能够投入到并联系统中来增加系统的输出容量，为了能够使多个电源模块进行并联运行，人们开始大量的研究逆变器的并联控制技术。目前逆变器的并联控制技术根据模块之间是否有通信信号线可以分为两大类：无互连线控制（即下垂控制）和有互联线控制；其中有互连线控制又分为集中控制、主从控制、3C环链控制、分散逻辑控制。

4 逆变器的并联控制

4.1 模糊控制器的设计

逆变器并联控制技术主要是为了实现逆变器模块之间的循环电流控制，达到功率平衡的效果。逆变器模块直接作为光伏发电系统的输出时，应将该系统视为电压源。此时，每个逆变器模块的功率直流侧都需要提供电压支持。当光伏发电系统连接到电网时，每个逆变器模块都可以当作电流源进行使用。模糊控制技术是模拟人们的思维方式和控制经验，并利用计算机来理解和思考。控制规则的建立主要依靠人类的直觉和经验来提取被控对象的物理特征。基于这些模糊的自然语言，是需要进行有效推理计算的。模糊控制在独立模块化逆变器中得到了广泛的研究，相关的研究也越来越多。

4.2 逆变器并联的控制策略

在光伏发电系统中，当每个逆变模块带负载运行时，并联运行时，将选择一个主模块作为电压来源，其他模块作为电流源模块。电流参考信号由选定的主电路确定，主电路产生外环电压，主模块是随机选择的。当主模块发生故障时，从模块将选择另一个作为主模块。当模块儿的投切和并行逆变器系统连接到电网时，所有模块都可以通电，并且系统中的每个模块都用作电流源，并且直流总线电压由每个模块的积分电压控制逆变器控制。

4.3 逆变器并联的同步锁相技术

当多个逆变器并联运行时，为可以最大程度地减少系统的循环电流，必须确保每个逆变器模块的输出相位完全相同。在改进的主从控制系统中，每个模块都完成了闭环控制。为了在坐标系中实现控制模块的同步技术，在此采用了数字同步锁相技术，并在实际模块儿的控制中进行应用。由于其高精度和灵活性，它被广泛用于许多领域，数字锁相环可以快速锁定电网电压的相位，使系统的输出电流和输出电压完全同步，提高系统功率因数。同时，采用数字锁相控制技术实现各功率模块的输出同步，减少了系统内部因同步问题造成的循环损耗。整个光伏发电系统通过数字锁相技术实现了光伏发电系统的无冲击并网锁相方法。两个模块并联，发电系统可以将循环电流调节到基波状态，所以，可以调整到一定的范围。实现系统和限制循环电流并联逆变器。

5 结束语

由上可知，当前我国电力电子技术的快速发展，同时也推动了光伏发电技术的发展进程，三相逆变器是光伏发电系统中重要的组成部分，在其中有着十分重要的作用。光伏产业的迅速发展与光伏逆变器技术的进步密不可分。随着光伏发电技术的大规模应用，市场对光伏逆变器的可靠性、稳定性、安全性提出了更高的要求。因此，光伏逆变器仍然需要科研人员持续地钻研，发展新型技术、拓扑结构，增强光伏逆变器的性能。

参考文献:

[1]许德志,汪飞,毛华龙,阮毅,张巍.多并网逆变器与电网的谐波交互建模与分析[J].中国电机工程学报.2013(12)

[2]李晓.基于三相四线制多功能并网逆变器的协同控制策略研究[D].重庆理工大学，2017.

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