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    摘要：針對傳統光伏并網逆變器離并網控制策略不同、切換瞬間容易產生暫態沖擊問題，本文提出了一種逆變器并聯系統無縫切換控制策略。逆變器并聯系統在孤島和并網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。在孤島向并網切換過程中，控制系統引入了預同步控制策略，以減小模式切換的暫態沖擊。最后，通過實驗驗證了所提控制算法能夠實現了雙模式的無縫切換。

1引言

    逆變器的并聯多采用集中控制、主從控制或是基于分散邏輯的控制，以上都是基于互聯線的控制方式，模塊之間需要通訊線連接，增加的系統消耗，降低了系統的可靠性和擴展性。非互聯線連接的逆變器并聯多采用下垂控制方式。該種并聯方式可以使遠距離逆變器互聯成為可能。同時，它避免了系統的復雜性和高消耗，提高了系統的冗余性、可靠性及擴展性。

    微網運行模式切換是微網孤島與并網兩種運行狀態互相轉變的過程。傳統的控制方法，離網采用下垂控制，并網采用PQ控制，可以實現微網系統在雙模式下的穩定運行。但主逆變器在并網時實質為電流型控制，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生暫態沖擊。電壓電流加權控制策略在模式切換過程中通過加權系數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，加權系數對控制效果和系統穩定性影響很大，不易確定。

    本文提出了基于阻性下垂的逆變器并聯系統無縫切換控制方法。對下垂方程進行改進，實現了并聯系統與電網的預同步。離網模式和并網模式采用統一的控制策略，實現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逆變器并聯系統結構及工作模式分析

    兩臺逆變器并聯等效電路如圖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

    阻性下垂方程對應的下垂曲線如圖2所示

    在正常情況下，并聯系統工作于并網運行模式，當電網發生故障或消納能力達到飽和時，并網系統與大電網斷開連接，轉換為孤島運行模式。此時，光伏逆變系統獨立為本地負載供電，保證系統內部的功率平衡，維持自身穩定運行。

2.1孤島運行模式

    逆變器并聯系統的孤島運行模式結構框圖如圖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為本地負載。

    通過對逆變器輸出電壓uAC及輸出電流iAC進行采樣，經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，經過參考正弦信號環節生成逆變器輸出電壓參考，經過電壓電流雙閉環調節，控制逆變器輸出。雙閉環調節采用準PR控制器，可以有效抑制頻率波動對控制器的影響，其表達式為

    其中，kpi，kri分別為電流環比例和諧振增益；kpv，krv分別為電壓環比例和諧振增益；ωc為中心頻率帶寬；ω0為基波頻率。

2.2并網運行模式

    并聯逆變器在并網模式中，其輸出電壓和相位受PCC點鉗位，且逆變器需要向電網輸送功率，可通過動態平移下垂曲線的方法克服電網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，可以得到并網下垂方程

2.3預同步策略

    當逆變器從孤島模式切換至并網模式，為了保證切換瞬間無沖擊，控制系統引入預同步控制策略，如圖4所示。預同步控制器的輸入是靜態開關兩端電壓相位差Δδ，輸出則被添加到功率環以使逆變器輸出電壓向量追蹤電網電壓向量。此時的下垂方程為式（5）所示。預同步完成立刻閉合靜態開關，為了不影響并網模式下功率環的工作特性，靜態開關閉合后應設置預同步控制輸出為零。

3實驗結果及分析

    為了驗證本文所提控制策略的有效性，建立了兩臺1KVA，50Hz單相逆變器并聯系統，采用TI公司生產的DSPTMS320F28335來實現系統的數字化控制，系統參數如表1所示。

    圖5為并聯逆變器孤島運行實驗波形，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。實驗結果表明，并聯逆變器孤島運行時逆變器輸出電壓電流基本一致，能夠自動均分本地負載功率。

    圖6為并聯逆變器由孤島運行模式向并網運行模式切換時預同步實驗波形。從圖中可以看出，預同步策略開啟后，大約需要8個工頻周期，逆變器輸出與電網完成預同步。在預同步過程中，逆變器輸出電壓與電網逐步減小，同步過程無震蕩。實驗結果表明，并聯逆變器的輸出電壓和相位能夠準確跟蹤電網，實現了并網預同步。

    圖7為并聯逆變器系統孤島/并網運行模式切換暫態實驗波形，圖7（a）為孤島至并網瞬間暫態波形，圖7（b）為并網至孤島瞬間暫態波形。由圖可知，孤島與并網模式相互切換的過渡過程平滑無沖擊，未發生過壓、過流現象，能夠持續不間斷為負載供電。且逆變器輸出電壓、逆變器輸出電流、并網電流波形質量較好。并網模式穩定運行時，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結論

    本文提出了一種光伏逆變器并聯系統無縫切換控制策略，基于無互聯線的下垂控制可以有效解決功率均分問題，孤島和并網模式采用統一控制策略，實現了雙模式的無縫切換。實驗結果驗證了所提控制方法的有效性。