詳解與公用電網(wǎng)相連的逆變器在建模與控制方面電路設(shè)計

其中，α=1 ? T/τ，T為采樣周期。圖1為單項逆變器PLL的功能框圖。圖2顯示三相PLL算法。

防孤島效應(yīng)

為安全起見，當(dāng)公用電網(wǎng)由于某種原因中斷后，并網(wǎng)逆變器須與公用電網(wǎng)斷開。這樣，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)不受電力公司直接控制時，就可以防止注入電網(wǎng)系統(tǒng)的電能對供電人員和設(shè)備造成傷害。當(dāng)電網(wǎng)未運轉(zhuǎn)時，如果逆變器將電能注入電網(wǎng)，將會產(chǎn)生孤島效應(yīng)。

所有并網(wǎng)逆變器必須具有過頻/欠頻(OFP/UFP)和過壓/欠壓(OVP/UVP)保護方法，以便當(dāng)電網(wǎng)電壓或頻率超出可接受的范圍時，防止逆變器為電網(wǎng)供電。圖3顯示了逆變器與公用電網(wǎng)的典型連接。逆變器的輸出功率為P +jQ，本地負(fù)載為Pld +jQld，其余功率由電網(wǎng)ΔP +jΔQ提供。電網(wǎng)斷開后，系統(tǒng)是否運轉(zhuǎn)由ΔP和ΔQ的值決定。如果ΔP≠0，電網(wǎng)電壓的振幅將產(chǎn)生變化，且OVP/UVP能夠檢測到這種變化并防止孤島效應(yīng)的產(chǎn)生。如果ΔQ≠0，電網(wǎng)的相位會產(chǎn)生突然轉(zhuǎn)移，OFP/UFP將對頻率的變化和孤島條件進(jìn)行檢測。當(dāng)逆變器實際功率和無功功率與負(fù)載不匹配時，或者當(dāng)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率值與逆變器OVP/UVP的諧振頻率值之間存在很大差距時，可利用OFP和UFP來檢測孤島條件。然而，僅通過逆變器來滿足負(fù)載要求時，檢測孤島條件的難度就大大增加了。逆變器的認(rèn)證測試要求(例如IEEE1547)旨在考察當(dāng)ΔP和ΔQ的值都接近于0時，逆變器的響應(yīng)時間。

圖3：逆變器與公用電網(wǎng)的接口

不可檢測區(qū)(NDZ)的概念用于確定在給定ΔQ、ΔP值的條件下防孤島算法的有效性。孤島檢測的反應(yīng)時間取決于NDZ。ΔQ的NDZ值的計算公式如下：

有很多種主動和被動的方法可以檢測孤島條件。被動方法要么難以實現(xiàn)，要么有較大的不可檢測區(qū)。而主動方法則需要向電網(wǎng)加入干擾信號。為避免電網(wǎng)在正常工作狀態(tài)下變得不穩(wěn)定，必須對干擾信號的加入進(jìn)行合理控制或使其與其它逆變器協(xié)調(diào)。如能同時實現(xiàn)桑迪亞頻率移動算法和桑迪亞電壓移動算法，將能夠非常有效地檢測孤島效應(yīng)。桑迪亞頻率移動算法基本是在頻移算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改動，見下列公式：

cf = cf 0 + K(fa ? fline)，

其中，K是一個加速器，當(dāng)電網(wǎng)斷開后，它可以使逆變器輸出頻率變得不穩(wěn)定。

桑迪亞電壓移動算法與頻移算法相似。逆變器輸出電流根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化增加一個額外的項，見下列公式：

iout = iref + KΔV。

這兩種方法均導(dǎo)致逆變器輸出波形的電能質(zhì)量變差。波形的質(zhì)量與預(yù)期的檢測時間可通過K值進(jìn)行權(quán)衡取舍。桑迪亞算法通過逆變器向電壓和頻率調(diào)節(jié)加入少量正反饋，因此逆變器會不斷嘗試讓電網(wǎng)變得不穩(wěn)定。當(dāng)電網(wǎng)穩(wěn)定性強時，這個算法可以產(chǎn)生非常好的效果；但試想一下，如果可再生資源進(jìn)一步加大滲透力度，會發(fā)生怎樣的情形呢？

電流調(diào)節(jié)

電流調(diào)節(jié)算法用來控制需要傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中的輸出電能量。要想對最大電能進(jìn)行有效處理，電流調(diào)節(jié)算法的精度非常關(guān)鍵。為符合適用標(biāo)準(zhǔn)對總諧波失真的限制，電流調(diào)整算法的質(zhì)量也十分重要。

業(yè)界提出了許多控制算法來控制逆變器并網(wǎng)運行時的輸出電流。帶有各種閉環(huán)補償器的遲滯型控制器是在可變或恒定的開關(guān)頻率下運行的。此處介紹一個易于實現(xiàn)的有效電流調(diào)節(jié)算法，該算法可與各種電網(wǎng)同步方法配合使用，也適用于多級逆變器。

為控制正弦逆變器輸出電流，可將動態(tài)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成參考坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中，預(yù)期的波形是一個直流量，而不是特定頻率的正弦曲線。也就是說，這是一個dq參考坐標(biāo)系。這樣，可以利用積分控制操作消除穩(wěn)態(tài)誤差。完成dq坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后，逆變器的電氣動態(tài)特性如下：