基于双闭环策略的并网逆变器控制方法研究
吴婷婷 陈天琴 武奇生 长安大学信息工程学院
为了避免分布式电源并网发电时对电网产生谐波污染，必须对并网电能质量进行控制，电能质量在电压为可控变量时由电压质量决定，但由于电网公共连接点（point of coupling, PCC）处电压不可控，因而并网电能质量取决于逆变器输出的并网电流的质量。并网逆变器的控制目标就是在网侧得到近似正弦的电流波形和单位功率因数。理想情况下，输出电流谐波成对出现在载波(开关)频率和其倍数附近，这些高频分量通过滤波器可以很容易去除。然而，由于逆变器开关管的不对称和开关死区时间等的影响，往往造成输出电流基波偏离参考电流，并带进低次谐波（典型如3次，5次，7次等）。
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图1_ 分布式发电系统构成____________________ 图2 并网VSI系统主电路
相关文献提出了将逆变器方程从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标下，利用同步PI控制器消除静态误差的思想，相关文献利用这种思想改善了馈网电流质量，但是它给定有功电流和无功电流，独立于逆变器输出电压，当逆变器输出电压质量较低时，达不到预期设定功率因素。相关文献根据逆变器输出端电压电流瞬时值计算出有功功率和无功功率，分别与给定参考值比较进行调节，但是没有考虑直流侧电压波动问题，当直流侧电压波动较大时，系统调节速度很慢。
基于此，本文根据同步坐标系下的电流特性，提出了将逆变器从三相静止坐标系模型转换到两相同步旋转坐标系下，采用基于同步PI控制技术的电流内环和直流电压前馈控制外环的双环控制结构，实现了并网电流基波分量在同步旋转坐标轴上的静态无误差调节，有效降低了逆变器死区效应，并抑制了电流低次谐波，取得了网侧电流波形近似为正弦波、单位功率因数运行。
一、 三相逆变电源及模型
并网VSI系统主电路结构如图2所示。分布式电源的输出经boost升压斩波电路形成的直流源接电压型三相逆变桥的直流母线，三相逆变桥的交流输出经电抗器并接电网，其中
为输出滤波电抗值，
（
）为逆变器的三相输出电压，
（
）为逆变器输出电感电流，
（
）为三相坐标系下电网电压，
为分布式电源产生的电流，
为直流侧母线电压，
为直流侧母线电容。
在三相静止坐标系下，逆变器稳态输出时，系统方程为：
_________________________ （1）
由（1）式可以看出，只要控制
与
就可以控制
，而对于同一电网，
是一定的，所以要控制的量就只有
。这种通过控制逆变器输出电压进而控制并网电流的方式，与传统的开环电压控制策略比较，具有动态响应快、过载能力强、控制精度高等优点。