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摘要： 光伏逆变器是光伏发电系统的关键组成部分，它直接影响到电网的安全可靠运行。本文对光伏发电进行了简要的介绍，对光伏系统的关键组成部分光伏逆变器进行了详细的论述，介绍了光伏逆变器控制方法。随着智能电网发展，光伏逆变器将在电力系统中发挥更为重要的作用。
关键词： 光伏逆变器；新能源；智能电网；PI控制；无差拍控制
1 引言
近年来，光伏发电应用热潮席卷全球，相关技术也得到蓬勃发展，引导了智能电能技术的进一步发展。智能电网的发展对光伏发电系统提出越来越严格的要求。如图1所示，光伏发电系统由光伏阵列、汇流箱、直流配电环节、逆变器、交流配电、变压器、电表和电网组成。太阳能电池板将太阳能转换成直流电，经智能光伏汇流箱汇流和直流配电单元流入逆变器，逆变器进行最大功率跟踪（Max power point track，MPPT）后将直流电逆变成交流电，再经交流配电单元后通过升压变压器升压回馈给电网[1，2]。
图1光伏发电系统
并网逆变器的设计要求包括
（1） 高效率
当前太阳能电池的发电效率仍然较低，因此最大限度利用太阳能电池，提高系统效率是逆变器追求的一大目标。
（2） 可靠性强
由于大型光伏系统主要分布于边远地区，因此减小运行维护量，完善保护功能是保证光伏发电系统安全可靠持续运行的有利保障，除了普通逆变器具备的各种保护外，防孤岛，低电压穿越等也是光伏逆变器需要的功能。
（3） 宽直流输入电压范围
太阳能电池随负载和日照强度变化而变化，因此光伏逆变器必须具有较大范围的工作电压，宽直流输入范围，能够在不同的工作温度运行。
（4） 输出应为谐波量小的正弦波
光伏逆变器直接与电网相连，逆变器产生的谐波将注入电网，影响电网的电能质量，因此光伏逆变器并网电流波形控制是光伏逆变器控制的核心部分。
2 光伏逆变器的控制
光伏逆变器的控制包括最大功率跟踪控制（Max Power Point track， MPPT）、直流电压控制、电网同步控制和并网电流控制。其中，MPPT可以实现最大功率的追踪，提高光伏系统的效率，同时保证系统在光照水平较低时也能稳定运行，直流电压控制用于维持母线电压的稳定，电网同步控制主要用于获取电网的角度信号。而并网电流控制是逆变器控制的核心技术，当风力发电系统和光伏发电系统通过电压源型逆变器进行并网时，一般通过控制电网电流来控制有功功率和无功功率的交换[3]。
2.1 PI控制
传统的带有电网电压前馈的PI控制器常用于电流控制的逆变器。但此方法存在两个比较突出的问题：PI控制器跟踪正弦波参考信号会产生稳态误差，且干扰能力较差，这是由于当干扰是一个周期信号时，积分性能差[4]。为了获得好的动态响应并提高电网干扰抑制能力，控制中采用电网电压前馈环节，但测量电网电压的滤波器会产生延迟，这个延迟反而会引起稳定性的问题。为了克服PI控制在处理正弦参考信号和谐波干扰方面的局限，将PI控制的实现变换为以角速度ω旋转的dq坐标系，ω=2πf，f是电网频率。
2.2无差拍控制
无差拍控制属于一种预测控制器。它们基于一个共同的原理：预测控制量的变化，并在这个基础上选取变換器的状态或者变换器产生的平均电压。该方法可以通过采用模型的信息来确定变换器的开关状态，从而使的开关次数最小，或者确定变换器的平均误差，来使得误差为0。在分布式发电系统的暂态过程中，如电源功率突变或者点网故障引起的电压跌落时，表明无差拍控制器在限制电流峰值方面具有优良的特性[5]。
理论上无差拍电流控制器具有非常高的带宽，因为系统的传递函数在原点上存在两个极点，因此跟踪正弦信号的效果非常的好。如果考虑PWM以及控制作用的饱和，无差拍控制器的响应会变慢。参数不匹配是无差拍控制器的主要问题之一[6]，这可能产生跟踪误差，也会导致稳定问题，使用观测器可能会减缓这些问题，它能使控制器对于参数不匹配和控制器延迟具有更强的鲁棒性。
3 结束语
光伏逆变器是光伏发电系统的核心部件，智能电网发展对光伏逆变器提出了更高的要求，并网逆变器的多功能化已经成为逆变器发展的潮流趋势。本文对光伏并网逆变器的设计要点进行了分析，重点介绍了光伏逆变器的关键技术——并网电流控制技术。随着电网技术的发展，这些电流技术将在并网的舞台上得到越来越来越多的施展空间。■
参考文献
[1] Teodorescu. R， Lisrre. M， Rodriguez. P. 光伏与风力发电系统并网逆变器[M].2012.
[2] Gupta， A.K. and A.M. Khambadkone， A Simple Space Vector PWM Scheme to Operate a Three-Level NPC Inverter at High Modulation Index Including Overmodulation Region， With Neutral Point Balancing[J]. Industry Applications， IEEE Transactions on， 2007. 43（3）： p. 751-760.
[3] Teodorescu， R.， et al.， Proportional-resonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters[J]. Electric Power Applications， IEE Proceedings， 2006. 153（5）： p. 750-762.
[4] Dannehl， J.， C. Wessels and F.W. Fuchs， Limitations of Voltage-Oriented PI Current Control of Grid-Connected PWM Rectifiers With LCL Filters[J]. Industrial Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 56（2）： p. 380-388.
[5] Holmes， D.G.， et al.， Optimized Design of Stationary Frame Three Phase AC Current Regulators[J]. Power Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 24（11）： p. 2417-2426.
[6] Gabe， I.J.， V.F. Montagner and H. Pinheiro， Design and Implementation of a Robust Current Controller for VSI Connected to the Grid Through an LCL Filter [J]. Power Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 24（6）： p. 1444-1452.
关键词： 光伏逆变器；新能源；智能电网；PI控制；无差拍控制
1 引言
近年来，光伏发电应用热潮席卷全球，相关技术也得到蓬勃发展，引导了智能电能技术的进一步发展。智能电网的发展对光伏发电系统提出越来越严格的要求。如图1所示，光伏发电系统由光伏阵列、汇流箱、直流配电环节、逆变器、交流配电、变压器、电表和电网组成。太阳能电池板将太阳能转换成直流电，经智能光伏汇流箱汇流和直流配电单元流入逆变器，逆变器进行最大功率跟踪（Max power point track，MPPT）后将直流电逆变成交流电，再经交流配电单元后通过升压变压器升压回馈给电网[1，2]。
图1光伏发电系统
并网逆变器的设计要求包括
（1） 高效率
当前太阳能电池的发电效率仍然较低，因此最大限度利用太阳能电池，提高系统效率是逆变器追求的一大目标。
（2） 可靠性强
由于大型光伏系统主要分布于边远地区，因此减小运行维护量，完善保护功能是保证光伏发电系统安全可靠持续运行的有利保障，除了普通逆变器具备的各种保护外，防孤岛，低电压穿越等也是光伏逆变器需要的功能。
（3） 宽直流输入电压范围
太阳能电池随负载和日照强度变化而变化，因此光伏逆变器必须具有较大范围的工作电压，宽直流输入范围，能够在不同的工作温度运行。
（4） 输出应为谐波量小的正弦波
光伏逆变器直接与电网相连，逆变器产生的谐波将注入电网，影响电网的电能质量，因此光伏逆变器并网电流波形控制是光伏逆变器控制的核心部分。
2 光伏逆变器的控制
光伏逆变器的控制包括最大功率跟踪控制（Max Power Point track， MPPT）、直流电压控制、电网同步控制和并网电流控制。其中，MPPT可以实现最大功率的追踪，提高光伏系统的效率，同时保证系统在光照水平较低时也能稳定运行，直流电压控制用于维持母线电压的稳定，电网同步控制主要用于获取电网的角度信号。而并网电流控制是逆变器控制的核心技术，当风力发电系统和光伏发电系统通过电压源型逆变器进行并网时，一般通过控制电网电流来控制有功功率和无功功率的交换[3]。
2.1 PI控制
传统的带有电网电压前馈的PI控制器常用于电流控制的逆变器。但此方法存在两个比较突出的问题：PI控制器跟踪正弦波参考信号会产生稳态误差，且干扰能力较差，这是由于当干扰是一个周期信号时，积分性能差[4]。为了获得好的动态响应并提高电网干扰抑制能力，控制中采用电网电压前馈环节，但测量电网电压的滤波器会产生延迟，这个延迟反而会引起稳定性的问题。为了克服PI控制在处理正弦参考信号和谐波干扰方面的局限，将PI控制的实现变换为以角速度ω旋转的dq坐标系，ω=2πf，f是电网频率。
2.2无差拍控制
无差拍控制属于一种预测控制器。它们基于一个共同的原理：预测控制量的变化，并在这个基础上选取变換器的状态或者变换器产生的平均电压。该方法可以通过采用模型的信息来确定变换器的开关状态，从而使的开关次数最小，或者确定变换器的平均误差，来使得误差为0。在分布式发电系统的暂态过程中，如电源功率突变或者点网故障引起的电压跌落时，表明无差拍控制器在限制电流峰值方面具有优良的特性[5]。
理论上无差拍电流控制器具有非常高的带宽，因为系统的传递函数在原点上存在两个极点，因此跟踪正弦信号的效果非常的好。如果考虑PWM以及控制作用的饱和，无差拍控制器的响应会变慢。参数不匹配是无差拍控制器的主要问题之一[6]，这可能产生跟踪误差，也会导致稳定问题，使用观测器可能会减缓这些问题，它能使控制器对于参数不匹配和控制器延迟具有更强的鲁棒性。
3 结束语
光伏逆变器是光伏发电系统的核心部件，智能电网发展对光伏逆变器提出了更高的要求，并网逆变器的多功能化已经成为逆变器发展的潮流趋势。本文对光伏并网逆变器的设计要点进行了分析，重点介绍了光伏逆变器的关键技术——并网电流控制技术。随着电网技术的发展，这些电流技术将在并网的舞台上得到越来越来越多的施展空间。■
参考文献
[1] Teodorescu. R， Lisrre. M， Rodriguez. P. 光伏与风力发电系统并网逆变器[M].2012.
[2] Gupta， A.K. and A.M. Khambadkone， A Simple Space Vector PWM Scheme to Operate a Three-Level NPC Inverter at High Modulation Index Including Overmodulation Region， With Neutral Point Balancing[J]. Industry Applications， IEEE Transactions on， 2007. 43（3）： p. 751-760.
[3] Teodorescu， R.， et al.， Proportional-resonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters[J]. Electric Power Applications， IEE Proceedings， 2006. 153（5）： p. 750-762.
[4] Dannehl， J.， C. Wessels and F.W. Fuchs， Limitations of Voltage-Oriented PI Current Control of Grid-Connected PWM Rectifiers With LCL Filters[J]. Industrial Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 56（2）： p. 380-388.
[5] Holmes， D.G.， et al.， Optimized Design of Stationary Frame Three Phase AC Current Regulators[J]. Power Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 24（11）： p. 2417-2426.
[6] Gabe， I.J.， V.F. Montagner and H. Pinheiro， Design and Implementation of a Robust Current Controller for VSI Connected to the Grid Through an LCL Filter [J]. Power Electronics， IEEE Transactions on， 2009. 24（6）： p. 1444-1452.