摘要：針對傳統(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)沖擊問題，本文提出了一種逆變器并聯(lián)系統(tǒng)無縫切換控制策略。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，通過實驗驗證了所提控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)了雙模式的無縫切換。

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)線的控制方式，模塊之間需要通訊線連接，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，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)時實質(zhì)為電流型控制，孤島時為電壓型控制，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程中通過加權(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)無縫切換控制方法。對下垂方程進(jìn)行改進(jìn)，實現(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，實現(xiàn)了模式間的無縫切換。最后通過實驗驗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為線路電阻。

    因此可以得到阻性線路阻抗的下垂方程為

    阻性下垂方程對應(yīng)的下垂曲線如圖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，并網(wǎng)系統(tǒng)與大電網(wǎng)斷開連接，轉(zhuǎn)換為孤島運(yùn)行模式。此時，光伏逆變系統(tǒng)獨立為本地負(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。

    通過對逆變器輸出電壓uAC及輸出電流iAC進(jìn)行采樣，經(jīng)過功率計算模塊得到逆變器輸出有功功率P和無功功率Q。經(jīng)過下垂方程式（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)過參考正弦信號環(huán)節(jié)生成逆變器輸出電壓參考，經(jīng)過電壓電流雙閉環(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對控制器的影響，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點鉗位，且逆變器需要向電網(wǎng)輸送功率，可通過動態(tài)平移下垂曲線的方法克服電網(wǎng)波動引起的功率偏移。Un和fn的平移量分別為

    將下垂曲線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。此時的下垂方程為式（5）所示。預(yù)同步完成立刻閉合靜態(tài)開關(guān)，為了不影響并網(wǎng)模式下功率環(huán)的工作特性，靜態(tài)開關(guān)閉合后應(yīng)設(shè)置預(yù)同步控制輸出為零。

3實驗結(jié)果及分析

    為了驗證本文所提控制策略的有效性，建立了兩臺1KVA，50Hz單相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，采用TI公司生產(chǎn)的DSPTMS320F28335來實現(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)行實驗波形，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，每臺逆變器輸出功率大致為180W。實驗結(jié)果表明，并聯(lián)逆變器孤島運(yùn)行時逆變器輸出電壓電流基本一致，能夠自動均分本地負(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)行模式切換時預(yù)同步實驗波形。從圖中可以看出，預(yù)同步策略開啟后，大約需要8個工頻周期，逆變器輸出與電網(wǎng)完成預(yù)同步。在預(yù)同步過程中，逆變器輸出電壓與電網(wǎng)逐步減小，同步過程無震蕩。實驗結(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)實驗波形，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)模式相互切換的過渡過程平滑無沖擊，未發(fā)生過壓、過流現(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，兩逆變器輸出電流大致均為8A，每臺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)無縫切換控制策略，基于無互聯(lián)線的下垂控制可以有效解決功率均分問題，孤島和并網(wǎng)模式采用統(tǒng)一控制策略，實現(xiàn)了雙模式的無縫切換。實驗結(jié)果驗證了所提控制方法的有效性。