基于级联逆变器的光伏并网发电系统控制策略

 

关键字：逆变器

 瞬时值电流反馈控制 光伏并网 

1 引言
目前，传统单级式或多级式太阳能光伏并网系统结构存在的不足有：并网逆变器开关管工
作频率相对较高，损耗较大；为了逆变器正常工作，光伏电池需串联到足够的电压等级，
不仅使开关管电压应力高，而且系统的可靠性降低，系统抗电池局部阴影能力减弱；采用
集中式

MPPT，将严大型光伏并网系统，为提高系统的可靠性及效率，避免更多的太阳能

光伏电池串联，文献提出了一种阶梯波与电流瞬时值反馈混合控制的级联逆变器来实现光
伏并网发电。在此基础上，对基于混合控制的级联逆变器光伏发电系统控制策略进行了分析，
对瞬时值反馈单元双环控制参数进行了设计，为基于混合控制级联逆变器的光伏系统的设
计与实现提供了理论参考，并通过实验验证了理论分析的正确性。
2 光伏并网发电系统控制策略
2．1 控制系统结构
基于级联逆变器两级式光伏并网发电系统的拓扑结构如图

1 所示。图中前级是 DC／DC 双

管交错式

Boost 电路，后级是由 2H 桥组成的级联逆变器。电路由 N+M 个 2H 桥单元级联而

成。第

1～N 个 2H 桥为阶梯波控制，第 N+1～N+M 个 2H 桥单元为电流瞬时值反馈倍频移

相

SPWM 控制或电流滞环跟踪控制。限于篇幅，此处仅对阶梯波与电流滞环混合控制系统

进行分析。

图

2 为阶梯波与电流滞环跟踪混合控制框图。第 1～N+1 DC／DC 变换器单元将光伏电池阵

列电压进行升压并完成对光伏电池的

MPPT。第 1～

N2H 桥单元为梯形波控制，第 N+1 个 2H 桥单元为电压电流双环控制，电流内环为滞环控
制。锁相环

(PLL)使并网电流 iL 与电网电压 ug 同相位，PLL 电路给出的参考基准乘以电压

外环的输出，即为电流内环的输入参考电流。该电流与

iL 比较的误差信号通过电流放大器

放大后经滞环控制，产生第

N+1 2H 桥单元控制信号。第 N+1 2H 桥单元输出电压 us(N+1)应

与第

1～N 2H 桥单元输出的阶梯波电压同相，通过 PLL，DSP 计算出导通脉冲，使前 N～1

个逆变器单元的输出电压宽度分别为

(θN～π-θN)，(θN-1～π-θN-1)，

…，(θ1～π-θ1)，即工

作在不同的模式。
2．2 级联逆变器单元的控制策略
图

2 中，计算出直流母线电压参考值与采样得到的实际电压值误差，再通过一个比例积分

环节得到

DC／AC 逆变器输出电流的幅值指令 Iref，然后将 Iref 与电网电压同步的单位正

弦信号

sin(ωt)相乘得到输出电流指令值 Irefsin(ωt)，再将 Irefsin(ωt)与采样值的误差通过电

流调节器后，经滞环比较后通过驱动电路去控制第

N+1 2H 桥单元 DC／AC 逆变器的开关

管。

当

ug 与 iL 同相时，逆变器输出电压在相位上超前于 ug。故第 1～N2H 桥单元输出的阶梯波

电压应与瞬时值反馈控制的

2H 桥单元的输出电压 us(N+1)同相，通过 PLL 给出与 us(N+1)

同相的阶梯波基波电压，然后由

DSP 实时采样第 1～N2H 桥单元直流母线电压，计算出各

2H 桥单元导通脉冲。
3 瞬时值反馈单元双环控制分析
3．1 瞬时值反馈级联逆变器单元电流内环设计