基于间接电流控制的并网逆变器侯世英，肖旭，徐曦（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044）摘要：提出了一种用于并网逆变器的间接电流控制新方法。该方法是在状态平均法的基础上对并网逆变器工作时的基本模态进行分析，推导出实现单位功率因数并网的占空比的控制函数，从而通过控制可调占空比对并网逆变器的输出电流进行控制。该方法的特点是控制电路中只有2个电压回路来调整可调占空比，由于没有电流检测回路，省去了工频变压器和电流互感器，使得控制结构简单，控制成本低；仿真结果表明，与其他传统的PWM控制方式相比，该方法具有抗干扰能力强、开关损耗小、输出电压的谐波畸变率小等优点。关键词：间接电流控制；并网逆变器；谐波畸变率；功率因数；开关损耗中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1006－6047（2010）06－0076－04收稿日期：2009－10－30；修回日期：2010－03－11基金项目：重庆大学“211工程”三期创新人才培养计划建设项目（S-09111）电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol．30No.6Jun.2010第30卷第6期2010年6月0引言研究基于可再生能源的分布式发电系统意义重大［1-5］。利用可再生能源发电要解决的关键问题是：如何可靠且高质量地向电网输送功率，因此在可再生能源发电并网系统中起电能变换作用的逆变器成为研究的一个热点。目前，国内外对并网逆变器的研究普遍采用电流控制策略［6-10］，即控制并网逆变器的输出电流与公用电网的电压同频同相，并且可以通过直接调节并网电流的大小来控制输入电网的有功功率［11-15］。电流控制策略又根据是否需要检测逆变器的输出电流作为反馈量和被控制量，可分为直接电流控制和间接电流控制2种方式［16］。直接电流控制具有系统的动态响应快，过流保护易于实现等优点，但其需要高精度的电流互感器和采样变压器来获得实际电流信号和参考电流信号，使得发电的成本增加，给设备的维护和检修带来一定的困难，并且当电流采样环节出现故障时，会给电网的电能质量造成很大的影响。相比而言，间接电流控制无需电流检测装置，控制结构简单，发电成本低。且由于间接电流控制是基于系统稳态数学模型的控制方法，因此具有良好的稳态特性［17-18］。本文推导出实现可再生能源发电系统以单位功率因数并网的占空比的控制函数，通过控制该可调占空比实现间接控制并网电流的目的。本控制方式通过实时检测电网电压和直流侧输入电压的瞬时值作用于控制函数，保证了并网电流与电网电压同频同相，有效抑制输入电压干扰，逆变器输出电流、电压的总谐波畸变率均较小，输出的电能质量良好。通过理论分析和仿真研究，验证了该方法的正确性和有效性。1控制方程的推导单相并网逆变器的拓扑结构如图1所示。为了便于分析，首先假设并网运行前滤波电感L上的电流为0。那么并网运行时，在电网电压的正半周会出现2个开关状态。状态1时，开关VT1和VT4导通，VT2和VT3断开；直流电压源Ud、开关管VT1和VT4、滤波电感L以及交流电网电压us构成回路，可得：Ud=LdiLdt+Ussin（ωt+θ）（1）其中，iL为电感电流的瞬时值，Ussin（ωt+θ）为电网电压。状态2时，VT1和VT2导通，VT3和VT4关断；开关管VT1和VT3、滤波电感L以及交流电网电压us构成回路，可得：0=LdiLdt+Ussin（ωt+θ）（2）由以上分析可知，在电网电压的正半周，开关管VT1一直导通，VT2、VT4互补导通。设开关管VT4的占空比为d（t），那么在1个开关周期中，状态1持续的时间为d（t）Ts，状态2的持续时间则为（1-d（t））Ts。当电网电压处于负半周时，可做类似分析，不再赘述。基于状态平均法的思想，由式（1）（2）可得单相并网逆变器在1个工频周期内的状态平均方程：Udd（t）=Ldicdt+Ussin（ωt+θ）（3）其中，ic为1个工频周期内滤波电感上的平均电流。VT1VT2VT3VT4icLusUd图1单相并网逆变器拓扑图Fig.1Topologyofsingle-phasegrid-connectedinverter为了实现单位功率因数并网，即保证并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，那么令平均电流ic=Icsin（ωt+θ），即得到该控制方式下的目标函数。则表达式（3）可以写成：Udd（t）=LωIccos（ωt+θ）+Ussin...
