朱永祥，肖強暉，童圣驍

（湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，株洲412008）

0 引 言

隨著太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電日益發(fā)展，多臺逆變器并聯(lián)運行，成為光伏并網(wǎng)發(fā)電的關鍵技術之一，是近幾年研究的熱點.逆變器并聯(lián)控制主要有：集中控制、主從控制、分布邏輯控制和無連接線控制等方式.無連接線控制方式利用PQ下垂外特性，省略并聯(lián)系統(tǒng)逆變器模塊間的連接線，適用于相隔較遠的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng).但并聯(lián)系統(tǒng)的參數(shù)變化時，逆變器間環(huán)流問題尤為突出.

根據(jù)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的需要，考慮逆變器輸出線路電阻的存在，本文對傳統(tǒng)的PQ下垂外特性進行改進，通過系統(tǒng)建模和MATLAB／Simulink仿真進行了驗證.

1 無連接線控制工作原理

目前的逆變器無連線方案都是基于傳統(tǒng)的PQ法下垂特性，實現(xiàn)一個逆變單元與其它并聯(lián)的逆變單元互不影響，實現(xiàn)有功功率P和無功功率Q的均分.各并聯(lián)單元之間無電氣連接線，安裝、維護更方便，運行可靠.

在具體的控制實現(xiàn)上，則是由采樣輸出電壓Vo與輸出電感電流Io，計算P與Q，再通過下垂控制算法獲得新的頻率ω與幅值V，合成新的電壓信號v＝Vsin（ωt），最后與給定的輸入信號比較，形成并聯(lián)系統(tǒng)控制的偏差信號.

傳統(tǒng)功率下垂特性忽略逆變器輸出線路電阻效應，當調整P時會影響輸出電壓的幅值，調節(jié)Q時會影響輸出電壓的頻率，會造成系統(tǒng)的正反饋，不能較好地解決逆變器間環(huán)流問題，導致系統(tǒng)運行可靠性降低.

2 功率下垂特性的改進

根據(jù)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的需要，其線路電阻效應是不容忽略的，必須對傳統(tǒng)的PQ下垂特性曲線進行修正.

圖1 兩臺逆變器并聯(lián)運行系統(tǒng)等效模型

兩臺逆變器并聯(lián)運行的等效模型如圖1所示.設逆變器i（i＝1、2為逆變器模塊的序號）的輸出電壓為Uoi∠φi，負載端電壓為Uo∠0°，輸出阻抗為Zi＝Ri＋jXi＝Z∠φ，輸出電流為：

逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流定義為：

可見系統(tǒng)環(huán)流產(chǎn)生的直接原因是各臺逆變器輸出電壓幅值、相角有差別，調整輸出電壓的頻率和幅值，減小系統(tǒng)環(huán)流，每臺逆變器才能實現(xiàn)均流運行.

逆變器i輸出的復功率為：

由式（1）、（3）可得：

采用矩陣T將P、Q分別改進，改進后的P、Q定義為：P′、Q′，則由式（5）得：

則可將式（5）改寫為：

可以看出逆變器輸出電壓的相位僅取決于P′，幅值僅取決于Q′.設f0為逆變器空載頻率，kp為頻率衰減系數(shù)，kQ為電壓幅值衰減系數(shù)，因此可將傳統(tǒng)的PQ下垂特性改進為：

改進后兩臺不同容量的逆變器并聯(lián)下垂特性曲線如圖2所示為.根據(jù)各逆變單元的實際P′、Q′值，可對各單元的頻率和電壓幅值進行調整，從而始終保持下垂斜率相等，實現(xiàn)負載電流的均分和環(huán)流抑制.

圖2 兩臺不同容量的逆變器并聯(lián)下垂特性

3 仿真系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)控制結構

逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中各模塊以自己的有功功率P和無功功率Q為計算依據(jù)，調整輸出電壓的頻率和幅值，使得每臺逆變器實現(xiàn)均流運行.系統(tǒng)中逆變器模塊一般采用傳統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)等復合控制結構.改進后的逆變器控制結構如圖3所示.

圖3 基于P′Q′下垂控制的逆變器控制結構圖

3.2 P′Q′功率下垂控制器設置

根據(jù)前文分析可知，P′Q′下垂控制器設置原理圖如圖4所示.

圖4 P′Q′下垂控制器設置原理圖

4 仿真結果及分析

在MATLAB／Simulink中的元件庫中，建立逆變器無連接線并聯(lián)控制方式的模型，并進行系統(tǒng)仿真.

4.1 仿真參數(shù)設置

逆變器參數(shù)設置：輸出電壓AC 220V／50Hz，輸出容量為3kVA，開關管全部選用IGBT，開關頻率為20kHz，輸出濾波電感為10mH，濾波電容為10μF，負載為22Ω純電阻.

控制模塊參數(shù)設置：電流內(nèi)環(huán)采用PI控制器，系數(shù)分別為Kp＝0.1，KI＝50；電壓外環(huán)采用PI控制器，系數(shù)分別為Kp＝0.1，KI＝600.

4.2 仿真結果

在逆變器輸出阻抗等參數(shù)變化時，仿真得到系統(tǒng)環(huán)流iH＝io1－io2波形，如圖5所示.

圖5 逆變器系統(tǒng)環(huán)流波形

5 結 語

根據(jù)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的特性，考慮逆變器輸出線路電阻引起并聯(lián)系統(tǒng)較大環(huán)流，本文對傳統(tǒng)的PQ下垂外特性進行改進，得出一種適用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的無連線并聯(lián)方法，并進行了仿真.仿真結果表明該方法在逆變器參數(shù)變化時，能較好地解決逆變器間環(huán)流問題，使得整個并聯(lián)系統(tǒng)效率達到最優(yōu)化目標.

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