光伏并网逆变器的仿真及控制策略分析

动力与电气工程
45
科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.30.045
光伏并网逆变器的仿真及控制策略分析
①
李崇基
（广州供电局有限公司从化供电局 广东广州 510900）
摘 要:本文分析了光伏并网系统的拓扑结构，阐述了光伏电池并网的控制策略，介绍了常用的两种最大功率追踪的控制算法。

在此基础上，在PSCAD软件上建立了基于两级式非隔离型光伏并网系统的仿真模型，得出相应的仿真结果，并对所建仿真模型的控制策略进行了分析。

关键词:光伏并网 逆变器 仿真
中图分类号:TM72 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)10(c)-0045-02
1 光伏逆变并网的控制策略
1.1 拓扑结构分析
光伏阵列发出的直流电经过逆变器，实现直流电到交流电的变化，进而将电能输送到电网中。

对于并网逆变器而言，典型的并网策略是通过对逆变器的输出电流矢量的控制实现并网及网侧有功、无功的控制。

并网逆变器并网基本控制策略可以概括为：首先根据并网控制给定的有功、无功功率的指令以及电网电压矢量，计算出所需的输出电流矢量I *，再由U i =U L +E ，并考虑L U j LI ω=，即可计算出并网逆变器交流侧输出的电压矢量
指令U i *
，即*i U j LI E ω=+；最后通过SPW M或者SV PW M 控制使并网逆变器交流侧按指令输出所需电压矢量，以此进行逆变器并网电流的控制。

常见并网控制策略有基于电压定向的控制策略和基于虚拟磁链定向的控制策略。

1.2 逆变器控制方法
通常情况下,采用电流内环,电压外环控制方法。

逆变器内环电流控制环节在同步旋转dq坐标下,逆变器输出电流
的dq轴分量i d 、i q ，分别与电流内环的电流参考值ref d i _，
ref q i _进行比较，并通过相应的PI调节器控制输出对应的调制比P md 、P mq ，最终实现对i d 、i q 的无静差控制。

逆变器外环控制与其控制目标和参考坐标相关，逆变器通过外环控制输出相应的ref d i _、ref q i _。

1.3 利用电导增量法进行最大功率追踪
光伏发电的最大功率追踪(M PP T)算法有电导增量法和扰动观测法，其中，电导增量法从光伏电池输出功率随输出电压变化率而变化的规律出发，推导出的系统工作点位于最大功率点时的电导和电导变化率之间的关系。

由光伏电池的P-U的特性曲线及d P /d U 变化特征，可以知道在光照强度一定的情况下仅存在一个最大功率点，且在最大功率点的两边d P /d U 符号相异，而在最大功率点出d P /d U =0。

光伏电池的瞬时输出功率为：P =UI。

两端对电压求导得:d d d d P I I U U U =+ (1)观察P-V曲线，当功率达到最大时d P /d U =0。

此时，
d P /d U =-I /U 。

由此可以得出:当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，系统处于最大功率点。

因此,用ΔI /ΔU 近似代替d I /d U ,则电导增量法进行最大功率追踪的判断依据是：
V V I I
U U
＞-,最大功率点左边V V I I
U U
=-, 最大功率点 (2)V V I I
U U
＜-,最大功率点右边2 光伏并网逆变器的仿真模型
2.1 仿真模型建立
根据两级非隔离型光伏并网系统的拓扑结构，可在PSCAD中建立如下仿真模型。

根据仿真设定，光伏电池板的输入参数为光照强度和温度，ins为光照强度输入量，tmp为温度数值，经光伏效应将太阳辐射能转换成电能输出。

光伏电池板输出的电压经BOST升压电路将电压抬高，然后通过一个DC/AC并网逆变器与电网并联。

在光伏电池的出口侧串联一个二极管，防止反向电流流入光伏电池。

其中，Eda为光伏电池输出电压，Eout为Bost升压电路输出电压。

主电路的仿真参数设置为：L C 滤波电路，电感
L =0.001H，电容C =500μF；Bost升压电路中的储能元件，
电感L =0.02H，电容C =1.0m。

2.2 控制策略分析
为了实现P Q 解耦控制，将ab c三相的交流电气量转换成dq 0坐标系下的直流量，同时由锁相环跟踪电网频率，为d q 变换提供参考频率。

电网电压u 经d q 变换得u d =u m ，uq =0，则旋转坐标系下功率可表示为：P =u d i d ,d q Q u i =−。

因此，对功率的控制可以转换为对电流的控制，其中有功功率由d 轴电流控制，无功功率由q 轴电流控制。

由式(1)计算得到d 轴和q轴的参考电流值作为电流环的输入，电流控制环中包含电流状态反馈以及电网电压前馈补偿两项。

输出的dq轴电压经过反变换后得到正弦调制信号，再通过SPW M控制三相逆变桥开断，从而得到与电网同频同相的电压信号，将其并入电网。

①作者简介：李崇基(1977—),男，汉族，广东从化人,本科,工程师,研究方向:配电自动化、配网运行与规划。

Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
动力与电气工程
46科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
PI控制器的作用是根据差量进行调节，产生零稳态误差，以补偿非线性扰动。

为保证输出电压及时跟踪电网电压，在电流环PI调节过程中，要确保电流控制误差为零，同时要使输出电流更接近正弦波，以便于对有功功率和无功功率进行控制，使DG具有灵活运行的能力。

3 光伏并网逆变器的仿真结果分析
对上述仿真模型进行仿真，可得出以下仿真波形及分析结果。

设定光伏阵列表面温度保持在25°，光照强度为5s时
由1000W/m 2减小到600W/m 2
，仿真时间为定为10s。

光照强度发生阶跃变化时，可以看出光伏电池响应速度较快，调节时间短，且输出功率曲线光滑平稳；可以看出在稳态运行时，系统始终保持输出几乎为零，在扰动影响下也能较快恢复，这说明光照强度的变化对无功功率的输出影响不大。

从光伏阵列的P-U输出曲线可以看出，光伏阵列开始工
作在1000W/m 2
条件下，当光伏系统在光照强度发生阶跃变化时，M PP T 控制模块能够寻找到该光照条件下对应的最大功率点，并始终工作在该最大功率点附近。

当太阳光照强度始终保持在1000W/m 2，温度在5s时从25℃降低到10℃。

当温度升高时，光伏的出力下降，并且相对于光照强度改变时，有功功率的变化范围较小，无功功率在阶跃扰动下的变化较小，能够快速地恢复到设定值，逆变器很好地跟踪了光伏阵列的最大输出功率。

在光伏电池在温度变化时对应的P-U曲线也发生变化，对应的最大功率点处的功率增加，电压也增大。

4 结语
本文介绍了基于工程计算的光伏电池的并网拓扑结构、
并网控制、最大功率跟踪算法以及逆变器并网的控制策略。

在此基础上，在PSCAD软件上搭建了两级式光伏并网逆变器的仿真模型，通过对光伏并网控制电路的介绍，分析了该仿真模型的并网控制策略。

该模型的仿真分析结果表明，在温度和光照强度的扰动下，系统的输出性能良好，能够实现最大功率跟踪。

参考文献
[1] 郭晓芸.并网型光伏发电优化控制技术及其建模仿真
[D].华北电力大学,2013.[2] 姚致清,张茜,刘喜梅.基于P S CA D/E M T D C 的三相光伏并网发电系统仿真研究[J ].电力系统保护与控制,2010(17):76-81.
[3] 张桦,谢开贵.基于P SCA D的光伏电站仿真与分析[J]. 电网技术,2014(7):1848-1852.[4] 唐彬伟,袁铁江,晁勤,等.基于PSCA D的光伏发电建模与仿真[J].低压电器,2012(21):31-35.
[5] 杨秀,杨菲,宗翔,等.基于P SCA D/E M T DC的三相光伏并网系统的建模与仿真[J].上海电力学院学报,2011（5):490-494.(上接44页)
优越性进行突显，同时让网络设计具有清晰性和合理性。

3 计算机网络设计中关系数据库技术的应用措施
3.1 数据存储方面的应用
关系数据库系统中含有数量繁多的数据信息，同时能力
实现无限量传入和传出，在开展网络设计工作的过程中，可以借助数据库具备的辅助能力来实现对繁多数据的调节，对繁琐数据实施管理。

此外，关系数据库系统应用比较便利，发生失误几率比较少。

随着时代的快速发展以及科学技术水平的全面提高，信息化技术的发展推动了网络体系的发展，在进行网络设计的过程中，所需的数据以及有关数据设施参数信息将逐渐提升。

原始的数据库数据一般是采用人工方式进行传入和传出，其数据数量受到限制，在数据库应用的过程中也会存在较大的失误率。

而现代化关系数据库的运用具
备较强的优越性[3]。

当前数据库信息即便数量繁多，但是操作比较便利，能够有效实现数据库数据的调节，并且在各项数据库技术中，关系数据模型数据库技术更具有完善性和成熟性，因此得到了全面应用。

因为关系数据库技术具备较强的优越性，从而让其得到了全面普及和推广，适用于我国比较繁琐的数据管理工作中，同时关系数据库管理获取比较便利，进而成为人们的主要选择，在网络设计中全面应用。

3.2 数据转换方面的应用
与数据储备功能进行比较之外，关系数据库技术还具备另一个功能，那就是数据转换功能，这样可以让关系数据库技术可以在网络设计中应用更加全面和便利。

因为网络技术应用领域存在差异，导致网络设计所需的数据转换方式所
有不同，采用各种数据转换形式，能够实现对各个网络设计内容，进而获取各样的运用效果。

所以，关系数据库技术具备的数据转换功能是网络设计全面应用的主要因素。

除此之外，计算机数据之间含有一定的差异性，但是在某一层面上还有一定的关联性，在开展网络设计工作的过程中，应该结合数据关系，实现数据之间的转换，起到一定的应用作用[4]。

借助关系数据库技术中含有的数据转变功能，能够实现各个数据的合理转换，进而迎合网络设计的转换需求。

4 结语
总而言之，网络技术的出现，不仅优化了人们生活品质，
同时也给人们工作以及生活营造了便利条件。

为了促进网络技术的开始发展，应该加强对网络设计的探究，采用关系数据库技术的方式，将其运用到网络设计中，这样不仅可以有效提升网络设计水平，同时还能保障网络设计质量，实现网络技术的快速发展，给人们提供优质服务。

参考文献
[1] 崔敬磊.关系数据库技术在计算机网络设计中的应用[J].
电子技术与软件工程,2015(24):189.
[2] 徐闯.计算机网络设计中关系数据库技术的应用[J].信息
技术与信息化,2016(3):57-59.
[3] 林海敏.计算机网络设计中关系数据库技术的运用探讨
[J].电子技术与软件工程,2016(12):184.
[4] 吕睿.计算机网络设计中关系数据库技术的应用[J].新技
术新工艺,2015(6):86-88.
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.。