羅廷安

（攀鋼礦業(yè)技改設(shè)備部，四川 攀枝花 617063）

根據(jù)電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)相關(guān)規(guī)定，對(duì)并網(wǎng)變流器的電網(wǎng)阻抗適應(yīng)能力進(jìn)行研究，以改善并網(wǎng)變流器的氣動(dòng)性能，將電網(wǎng)電壓前饋引入電流正反饋通路中，僅僅圍繞在弱電網(wǎng)下并網(wǎng)變流器的前饋控制問題展開研究，分析在弱電網(wǎng)下，電網(wǎng)電壓前饋對(duì)系統(tǒng)所帶來的影響，提出一種關(guān)于電網(wǎng)阻抗的前饋控制策略，根據(jù)電網(wǎng)阻抗值對(duì)其前饋控制值進(jìn)行修改，消除并網(wǎng)電流對(duì)前饋電壓的影響。

1 模型建立

弱電網(wǎng)下并網(wǎng)主流器的電路控制原理如圖1。

圖1 弱電網(wǎng)下并網(wǎng)變流器主電路控制原理結(jié)構(gòu)圖

直流側(cè)電壓Udc；交流側(cè)電壓uinv；電網(wǎng)電壓ug；并網(wǎng)濾波電感L；等值電阻RL。

根據(jù)圖1，得到各個(gè)電網(wǎng)之間的關(guān)系：

upcc表示公共并網(wǎng)點(diǎn)電壓；Lg表示電網(wǎng)電感；iL表示并網(wǎng)電流。

2 電網(wǎng)阻抗適應(yīng)能力分析

圖2 重復(fù)控制器結(jié)構(gòu)圖

電流調(diào)節(jié)器與并網(wǎng)電流的控制性能有直接的聯(lián)系，目前應(yīng)用較為廣泛的調(diào)節(jié)器有PI、諧振等，PI 調(diào)節(jié)器在自然坐標(biāo)系中無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤；諧振調(diào)節(jié)器可以進(jìn)行無靜差跟蹤，在實(shí)現(xiàn)跟蹤之前，要保證系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓諧波造成一定的抑制效果，讓多個(gè)諧振調(diào)節(jié)器發(fā)生并聯(lián)，但是這種算法比較復(fù)雜?；趦?nèi)模原理的重復(fù)控制器的算法簡(jiǎn)單，也可以進(jìn)行無靜差跟蹤，在并網(wǎng)變流器的控制中起到了一定的應(yīng)用效果。在弱電網(wǎng)的條件下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)比較豐富的電網(wǎng)電壓背景諧波，電流調(diào)節(jié)器與重復(fù)控制器結(jié)合下的結(jié)構(gòu)控制圖如圖2。

E（z）表示并網(wǎng)電流誤差；C（z）表示控制量；kp 表示增益；q（z）表示跟蹤誤差，取值越接近1 則誤差越小，但是穩(wěn)定性較差。K 表示因子，主要用于進(jìn)行補(bǔ)償數(shù)字控制。數(shù)字控制系統(tǒng)具有離散特點(diǎn)，采用雙線性變換法得到域表達(dá)式，得到并網(wǎng)電流的誤差傳遞關(guān)系為：

根據(jù)公式得到并網(wǎng)電流的誤差傳遞框架結(jié)構(gòu)，如圖3。

圖3 并網(wǎng)電流的誤差傳遞框架

要想讓系統(tǒng)的誤差能夠得到收斂，需要讓圖3 中的各個(gè)部分保持穩(wěn)定，根據(jù)上述表達(dá)式可知，由于q（z）設(shè)置為小于1 的數(shù)值，在周期延時(shí)時(shí)不會(huì)對(duì)其他部分造成影響，也不會(huì)造成系統(tǒng)失穩(wěn)。圖3 中，T3 是負(fù)反饋環(huán)節(jié)，采用根軌跡的研究方式，使該階段可以保證一定的穩(wěn)定性，而T5 是一個(gè)正反饋環(huán)節(jié)，階數(shù)較高，根據(jù)周期延時(shí)的環(huán)節(jié)，采用跟軌跡的分析方式確定其復(fù)雜性。根據(jù)小增益定理可以得到T5 的穩(wěn)定性條件，需要滿足1的條件。短路比表示為電網(wǎng)短路容量與裝置額定容量之間的關(guān)系，可以直接反映出電網(wǎng)強(qiáng)度的值，如果短路比小，說明電網(wǎng)越弱。根據(jù)并網(wǎng)變換器的參數(shù)，將對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)電阻值設(shè)置為0.7mH，對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓前饋的電網(wǎng)阻抗適應(yīng)能力進(jìn)行重點(diǎn)分析，并根據(jù)上述的參數(shù)推導(dǎo)得到特定的方程。

3 基于權(quán)重因子的并網(wǎng)變流器前饋控制分析

本文研究的重點(diǎn)就是基于權(quán)重因子的并網(wǎng)變流器的前饋控制策略分析。

圖4 不同權(quán)重因子下變流器的最大電網(wǎng)電感

wf表示前饋權(quán)重因子?；跈?quán)重因子的并網(wǎng)變流器前饋控制與傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓前饋不同，基于權(quán)重因子的前饋控制不會(huì)直接將采集到的電壓作為前饋量，而是將獲取的其他電壓作為前饋量，為了保證前饋通道中的信號(hào)得到衰減，以達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，權(quán)重因子的正確選擇十分重要。對(duì)變流器的電網(wǎng)感性阻抗適應(yīng)能力進(jìn)行改善，可以獲取前饋對(duì)裝置啟動(dòng)性能的改善，如圖4。權(quán)重因子越小，則電網(wǎng)感性的阻抗適應(yīng)效果越強(qiáng)，正是因?yàn)闄?quán)重因子小，說明前饋電壓在并網(wǎng)點(diǎn)電壓的所占比例也就越小，造成前饋對(duì)裝置的性能改善效果較差，因此，在選擇權(quán)重因子時(shí)要充分考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了滿足穩(wěn)定性工作的相關(guān)要求，可以將前饋權(quán)重因子設(shè)置為0.7，最大化地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 并網(wǎng)變流器的控制策略分析

4.1 基于電路前饋解耦的PWM 控制

在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，兩相dq 坐標(biāo)系下的耦合明顯減少，為了更好地對(duì)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制，減小電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)電路造成的影響，可以使用電流前饋解耦控制策略。為了對(duì)控制原理圖進(jìn)行深入的分析，需要對(duì)控制算法進(jìn)行分析，對(duì)有功和無功控制策略進(jìn)行推到，得到有功電流的控制算法為：

圖5 有功電流數(shù)學(xué)模型框架圖

id表示有功電流。根據(jù)公式得到有功電流的數(shù)學(xué)模型圖例，如圖5。

無功電流的控制算法為：

iq表示無功電流。

根據(jù)公式得到無功電流的數(shù)學(xué)模型圖例，如圖6。

圖6 無功電流數(shù)學(xué)模型框架圖

4.2 PI 調(diào)節(jié)器

對(duì)并網(wǎng)逆變器的靜止坐標(biāo)進(jìn)行變換的主要目的就是為了更好地設(shè)計(jì)PI 調(diào)節(jié)器，通過變換使耦合交流轉(zhuǎn)換為直流，三相轉(zhuǎn)換為兩相。鎖相環(huán)在d 軸和q 軸分別進(jìn)行電壓空間矢量合成與磁鏈?zhǔn)噶康暮铣?。因此，?duì)有功和無功進(jìn)行解耦控制時(shí)需要對(duì)有功和無功進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置。在實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)PI 參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，需要充分考慮濾波器的實(shí)際參數(shù)值，并根據(jù)其特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，通過反復(fù)操作直到系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。

5 仿真分析

為了驗(yàn)證上文中關(guān)于權(quán)重因子的電網(wǎng)電壓前饋控制策略是否有效，在plecs 環(huán)境下搭建弱電網(wǎng)下的仿真模型，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行描述。當(dāng)變流器為0.31mH 時(shí)可以穩(wěn)定工作，當(dāng)超過0.31mH 時(shí)，變流器會(huì)發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，當(dāng)變流器進(jìn)入不穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，輸出的電流頻譜的分析結(jié)果與理論分析的結(jié)果一致。不管是在0.33mH 還是0.7mH，并網(wǎng)變流器都可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行，驗(yàn)證了控制策略的有效性。

6 結(jié)語

建立弱電網(wǎng)下電網(wǎng)電壓前饋系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓前饋并網(wǎng)變壓器的運(yùn)行效果以及穩(wěn)定性功能進(jìn)行了研究，針對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓前饋導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)的適應(yīng)能力差的問題，提出了一種關(guān)于權(quán)重因子的前饋控制策略，引入前重因子對(duì)前饋電壓進(jìn)行分析，保證并網(wǎng)變流器在弱電網(wǎng)下的穩(wěn)定性，從而保證前饋控制的電壓擾動(dòng)，通過搭建的系統(tǒng)仿真模型驗(yàn)證該控制策略的有效性。仿真結(jié)果表明，基于權(quán)重因子的電網(wǎng)電壓前饋控制能夠有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)并網(wǎng)變流器在實(shí)際運(yùn)行中的適應(yīng)能力。