基于改进下垂法控制器的光伏并联运行控制策略

摘要：当逆变电源并联运行时，各电源的输出阻抗很多情况下是同时存在阻性和感性。若仅采用传统方法来控制逆变电源系统并联运行，则系统的控制性能和精度必然会受到影响。针对传统控制策略的不足，提出了一种基于改进下垂法的并联运行控制策略，选取光伏电源作为逆变电源。搭建了并联型逆变电源装置样机，通过试验证明了该控制策略能有效控制逆变电源并联运行，是一种较为理想的并联方式。
关键词：逆变电源；光伏电源；并联运行；改进下垂法

1 引言
基于下垂法的并联技术，其控制策略简单，技术成熟，非常适用于实际系统。然而由于逆变电源输出阻抗存在阻性成分，而且有时不能忽略，因此在系统设计时，它对于输出功率特性和系统环流的影响就不能一概而论。如果能找到某种控制措施，使得并联系统输出阻抗中感性成分占绝对比重，这样就满足下垂法并联的应用条件。在此采用“虚拟阻抗法”可改善上述问题。由于并联系统在输出电压的不同频段对于输出阻抗有着不同的特性要求，所以可采用相应的控制策略，使得逆变电源的输出阻抗呈现系统的期望特性。这里采用光伏电池作为逆变电源，将改进后的下垂法并联技术运用到光伏并网控制策略中，并进行了详细研究。搭建了并联型逆变电源装置样机，最后在1 kW的试验平台上对整个并联过程进行了试验研究。

2 主电路结构及工作原理
图1为采用的单相全桥逆变主电路，其核心部分在于用内部电流环反馈和外部电压环反馈来调节脉宽，采用电感电流和电容电压作为反馈分量。光伏电池的输出电压通过逆变电路输出。逆变桥的后级加入LC滤波器，用来消除输出电压中的高次谐波。P／Q计算单元的功能是完成并联系统输出无功功率和有功功率的计算，运算结果经功率下垂控制模块调节后合成电压信号。锁相环(PLL)控制单元用来实现逆变电源输出电压频率和相位的同步功能。

3 光伏电池的数学模型
光伏电池是利用特殊材料的光伏效应制成的，光伏效应则是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次是形成电压的过程。根据电子学理论，当负载为纯电阻时，光伏电池的实际等效电路如图2所示。对应的I-U函数为：

式中：Iph为光生电流；I0为反向饱和电流(数量级为10-4A)；Rs为串联等效电阻；Rsh为内部并联的电阻；Λ=q／(AKT)，K为玻耳兹曼常数(1．38x10-23J／K)，T为绝对温度，q为电子电荷(1．6×10-16C)，A为二极管品质因子(当T=330 K时，约为2．8+0．15)。

4 虚拟阻抗法的分析
4．1 虚拟阻抗法的实质
虚拟阻抗法针对系统在输出电压的不同频段对输出阻抗特性不同要求的特点，采用相应的控制策略，使等效输出阻抗呈现出系统期望的特性。图3为并联系统的输出阻抗等效示意图。