（黑龙江科技大学 黑龙江哈尔滨 150027）
摘要：本文主要分析光伏电站并网原理、确立并网光伏逆变器数学模型和电网分布参数模型，对矢量控制策略进行了研究，对算法进行了适当优化，提出了矢量控制结构。通过仿真表明这种结构可以有效的降低光伏并网输出电压、电流谐波，使系统具有较好的鲁棒性，增强了光伏并网可靠性。
关键词：光伏并网；三相；逆变器
世界能源危机和环境恶化促使开发可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为当前的首要任务。随着太阳能电池和电力电子技术的不断发展，光伏发电将成为未来主要能源。适合建立大型光伏电站的地区存在远离主网、电网薄弱等问题，因此对并网光伏三相逆变器进行研究，使之适用于薄弱电网具有重要意义。
一、光伏发电系统原理
光伏发电系统主要包括光伏组件、直交转换系统、并网系统、控制系统和滤波系统五大部分。光伏组件利用光伏组件的光生伏打效应将光能转化为直流电能；直流电能经直交变换电路转化为交流电能；交流系统用于光伏电站的并网；控制系统则为光伏电站提供所需的控制信号；滤波系统包括直流滤波环节和交流输出滤波环节。
二、光伏逆变器数学模型
光伏逆变器将直流电能转化为交流电能，即图1中的直交转换系统和交流并网系统。光伏系统并网即三相逆变器与电网并联运行，滤波支路容量相对较小，线路阻抗主要呈现为感性。逆变器输出视在功率为：
则逆变器输出有功功率受功角δ的影响，无功功率决定于输出电压幅值E1。因此，逆变器输出电压的相位与幅值与其输出有功功率和无功功率近似线性耦合。逆变器输出电压幅值可以直接控制，而相位可以通过调节输出频率来实现；通过逆变器输出电压幅值即可达到调节输出无功功率的目的，通过调节频率可以达到输出有功功率的目的。
从直流侧来看，光伏电池阵列工作点处的电压决定了其输出电流，即决定了逆变器输入功率。从交流侧来看，电网可以看成恒压电源，并网功率可由并网电流的大小来体现。
三、改进空间矢量控制策略
通过对一般矢量控制方案进行研究，一般控制系统主要通过有功功率和无功电流的解耦来实现对有功功率和无功功率的分别控制。通过实时检测并网电流和电网电压的波动，有效的补偿并网电感的电压信号，能够很好的补偿逆变器PWM调制信号，从而使系统具有较好的鲁棒性。
一般的矢量控制是先计算出电网电压空间矢量旋转坐标Α-β坐标系下的各轴分量，再通过反正切函数计算出空间矢量角θ，再把这个矢量角作为d-q旋转坐标系的旋转角，此过程计算量较大，而且要调用三角函数，计算时间较长，本文对该计算方法进行适当改进，由于一般空间矢量数学模型中旋转变化矩阵的每一个元素都可以表示为sinθ和cosθ的函数，又由于电网电压空间矢量的模值保持不变，故只需要计算出sinθ和cosθ便可达到计算矢量角的作用。从而三角函数数的计算转换为了定点计算，极大地缩短了计算时间。
三相光伏逆变器利用以上控制系统，光伏逆变更加稳定，更适宜于于三相交流并网，低电压耐受能力等更强。相比于三角载波等控制算法，改进空间矢量理论下的三相光伏逆变器控制算法可减小开关频率、提高直流母线电压利用率、减小谐波输出含量，即增加了光伏转化效率；同时由于采用对称的三相控制算法，可降低三相不平衡度，减小系统对光伏逆变器的影响。
四、仿真分析
以某500kVA光伏逆变器为例，图1为空间矢量三相光伏逆变器并网电流/电压波形(开关频率3k、滤波电感0.2mH)。同样薄弱电网环境下，并网点三相谐波电流总含量分别为
5.32%/5.21%/5.54%、4.72%/5.32%/5.33%，并网点三相谐波电压总含量分别为11.72%/12.30%/12.09%、2.03%/1.82%/0.78%。
从图中可以看出，采用改进空间矢量控制算法后三相光伏逆变器可以有效降低开关频率，从而降低开关损耗；同时可以大幅度的减小电网分布参数对光伏逆变器的影响，薄弱电网环境下三相光伏逆变器并网输出谐波含量可以成倍的降低，电网扰动时光伏逆变器更加稳定。
结语
通过对空间矢量理论的研究，对一般空间矢量的三相光伏逆变器控制算法进行了适当改进，并提出了系统结构方案，应用该控制系统的光伏逆变器可以有效地降低光伏并网带来的电压、电流谐波等电能质量问题，抗干扰能力得到加强，提高了光伏电站的响应特性，光伏并网更加稳定可靠。
参考文献
[1]刘波,杨旭,孔繁麟,叶海忠,于虹.三相光伏并网逆变器控制策略[J].电工技术学报.2012(08).
[2]刘晓庆,张代润,谭波.基于PR控制和谐波补偿的三相光伏并网系统[J].可再生能源.2012(01).
[3]章玮,王宏胜,任远,胡家兵,贺益康.不对称电网电压条件下三相并网型逆变器的控制[J].电工技术学报.2010(12).
[4]窦伟,徐正国,彭燕昌.三相光伏并网逆变器电流控制器研究与设计[J].电力电子技术.2007 .
论文作者:李丽华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：逆变器论文; 光伏论文; 矢量论文; 电压论文; 电网论文; 功率论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第10期论文;