摘要：針對(duì)傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器離并網(wǎng)控制策略不同、切換瞬間容易產(chǎn)生暫態(tài)沖擊問(wèn)題，本文提出了一種逆變器并聯(lián)系統(tǒng)無(wú)縫切換控制策略。逆變器并聯(lián)系統(tǒng)在孤島和并網(wǎng)模式下均采用下垂控制，保證了不同工作模式下控制策略的一致性。在孤島向并網(wǎng)切換過(guò)程中，控制系統(tǒng)引入了預(yù)同步控制策略，以減小模式切換的暫態(tài)沖擊。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)了雙模式的無(wú)縫切換。

1引言

逆變器的并聯(lián)多采用集中控制、主從控制或是基于分散邏輯的控制，以上都是基于互聯(lián)線(xiàn)的控制方式，模塊之間需要通訊線(xiàn)連接，增加的系統(tǒng)消耗，降低了系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性。非互聯(lián)線(xiàn)連接的逆變器并聯(lián)多采用下垂控制方式。該種并聯(lián)方式可以使遠(yuǎn)距離逆變器互聯(lián)成為可能。同時(shí)，它避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性和高消耗，提高了系統(tǒng)的冗余性、可靠性及擴(kuò)展性。

微網(wǎng)運(yùn)行模式切換是微網(wǎng)孤島與并網(wǎng)兩種運(yùn)行狀態(tài)互相轉(zhuǎn)變的過(guò)程。傳統(tǒng)的控制方法，離網(wǎng)采用下垂控制，并網(wǎng)采用PQ控制，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)在雙模式下的穩(wěn)定運(yùn)行。但主逆變器在并網(wǎng)時(shí)實(shí)質(zhì)為電流型控制，孤島時(shí)為電壓型控制，這種直接粗暴的模式切換不可避免地要產(chǎn)生暫態(tài)沖擊。電壓電流加權(quán)控制策略在模式切換過(guò)程中通過(guò)加權(quán)系數(shù)將兩種方法融合在一起，控制策略在抑制電壓和電流過(guò)沖方面起到了較好的效果。但是該方法共需要4種控制器，較為繁瑣，加權(quán)系數(shù)對(duì)控制效果和系統(tǒng)穩(wěn)定性影響很大，不易確定。

本文提出了基于阻性下垂的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)無(wú)縫切換控制方法。對(duì)下垂方程進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)系統(tǒng)與電網(wǎng)的預(yù)同步。離網(wǎng)模式和并網(wǎng)模式采用統(tǒng)一的控制策略，實(shí)現(xiàn)了模式間的無(wú)縫切換。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

2逆變器并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作模式分析

兩臺(tái)逆變器并聯(lián)等效電路如圖1所示，U1、U2為兩逆變器等效輸出電壓，φ1、φ2為逆變器輸出電壓與負(fù)載電壓的相角差，R1、R2為線(xiàn)路電阻。

因此可以得到阻性線(xiàn)路阻抗的下垂方程為

阻性下垂方程對(duì)應(yīng)的下垂曲線(xiàn)如圖2所示

在正常情況下，并聯(lián)系統(tǒng)工作于并網(wǎng)運(yùn)行模式，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或消納能力達(dá)到飽和時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)連接，轉(zhuǎn)換為孤島運(yùn)行模式。此時(shí)，光伏逆變系統(tǒng)獨(dú)立為本地負(fù)載供電，保證系統(tǒng)內(nèi)部的功率平衡，維持自身穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1孤島運(yùn)行模式

逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的孤島運(yùn)行模式結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其中，Cdc為直流母線(xiàn)電容，H為全橋電路，L和C分別為濾波器電感和電容，RL為本地負(fù)載。

通過(guò)對(duì)逆變器輸出電壓uAC及輸出電流iAC進(jìn)行采樣，經(jīng)過(guò)功率計(jì)算模塊得到逆變器輸出有功功率P和無(wú)功功率Q。經(jīng)過(guò)下垂方程式（1）得到逆變器輸出電壓參考幅值U和輸出頻率參考值f，經(jīng)過(guò)參考正弦信號(hào)環(huán)節(jié)生成逆變器輸出電壓參考，經(jīng)過(guò)電壓電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制逆變器輸出。雙閉環(huán)調(diào)節(jié)采用準(zhǔn)PR控制器，可以有效抑制頻率波動(dòng)對(duì)控制器的影響，其表達(dá)式為

其中，kpi，kri分別為電流環(huán)比例和諧振增益；kpv，krv分別為電壓環(huán)比例和諧振增益；ωc為中心頻率帶寬；ω0為基波頻率。

2.2并網(wǎng)運(yùn)行模式

并聯(lián)逆變器在并網(wǎng)模式中，其輸出電壓和相位受PCC點(diǎn)鉗位，且逆變器需要向電網(wǎng)輸送功率，可通過(guò)動(dòng)態(tài)平移下垂曲線(xiàn)的方法克服電網(wǎng)波動(dòng)引起的功率偏移。Un和fn的平移量分別為

將下垂曲線(xiàn)平移量分別疊加到下垂方程（1）中，可以得到并網(wǎng)下垂方程

2.3預(yù)同步策略

當(dāng)逆變器從孤島模式切換至并網(wǎng)模式，為了保證切換瞬間無(wú)沖擊，控制系統(tǒng)引入預(yù)同步控制策略，如圖4所示。預(yù)同步控制器的輸入是靜態(tài)開(kāi)關(guān)兩端電壓相位差Δδ，輸出則被添加到功率環(huán)以使逆變器輸出電壓向量追蹤電網(wǎng)電壓向量。此時(shí)的下垂方程為式（5）所示。預(yù)同步完成立刻閉合靜態(tài)開(kāi)關(guān)，為了不影響并網(wǎng)模式下功率環(huán)的工作特性，靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合后應(yīng)設(shè)置預(yù)同步控制輸出為零。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的有效性，建立了兩臺(tái)1KVA，50Hz單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，采用TI公司生產(chǎn)的DSPTMS320F28335來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化控制，系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

圖5為并聯(lián)逆變器孤島運(yùn)行實(shí)驗(yàn)波形，其中u1、u2為兩逆變器輸出電壓，i1、i2為兩逆變器輸出電流。輸出電流i1大致為2A，i2也大致為2A，每臺(tái)逆變器輸出功率大致為180W。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，并聯(lián)逆變器孤島運(yùn)行時(shí)逆變器輸出電壓電流基本一致，能夠自動(dòng)均分本地負(fù)載功率。

圖6為并聯(lián)逆變器由孤島運(yùn)行模式向并網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)預(yù)同步實(shí)驗(yàn)波形。從圖中可以看出，預(yù)同步策略開(kāi)啟后，大約需要8個(gè)工頻周期，逆變器輸出與電網(wǎng)完成預(yù)同步。在預(yù)同步過(guò)程中，逆變器輸出電壓與電網(wǎng)逐步減小，同步過(guò)程無(wú)震蕩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，并聯(lián)逆變器的輸出電壓和相位能夠準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)預(yù)同步。

圖7為并聯(lián)逆變器系統(tǒng)孤島/并網(wǎng)運(yùn)行模式切換暫態(tài)實(shí)驗(yàn)波形，圖7（a）為孤島至并網(wǎng)瞬間暫態(tài)波形，圖7（b）為并網(wǎng)至孤島瞬間暫態(tài)波形。由圖可知，孤島與并網(wǎng)模式相互切換的過(guò)渡過(guò)程平滑無(wú)沖擊，未發(fā)生過(guò)壓、過(guò)流現(xiàn)象，能夠持續(xù)不間斷為負(fù)載供電。且逆變器輸出電壓、逆變器輸出電流、并網(wǎng)電流波形質(zhì)量較好。并網(wǎng)模式穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，兩逆變器輸出電流大致均為8A，每臺(tái)逆變器輸出功率大致為700W。

4結(jié)論

本文提出了一種光伏逆變器并聯(lián)系統(tǒng)無(wú)縫切換控制策略，基于無(wú)互聯(lián)線(xiàn)的下垂控制可以有效解決功率均分問(wèn)題，孤島和并網(wǎng)模式采用統(tǒng)一控制策略，實(shí)現(xiàn)了雙模式的無(wú)縫切換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提控制方法的有效性。