單相兩級式光伏並網逆變器與單級式相比，雖然結構複雜，但前、後級可分開控製，控製方法較簡單。而且前級DC/DC變換器選用不同的拓撲結構可滿足不同的太陽能電池輸入電壓

，應用起來比較靈活。對於單相兩級式光伏逆變器，除了要實現MPPThebingwangnibianwai，haibixujianglianjieqianhoujidemuxiandianrongdianyakongzhizaiyidingfanweinei。dianyataidimanzubulebingwangnibianyaoqiu，dianyagaozemuxiandianrongnaiyayegao，tijida。ruokongzhibudang，muxiandianrongjiangyizhishenggaodaogaochudianrongnaiya，daozhi“母線電容崩潰”。

1

、 雙PI環控製

單相兩級式光伏並網逆變器通常前級采用MPPT控製，後級采用電流內環
、母線電壓外環的雙環PI環控製，其典型控製簡圖如圖1所示。其中電流內環控製框圖如圖2所示。

圖1 典型的控製簡圖

圖2 電流內環控製圖

並網電流ig與參考電流igref的誤差經調節後與高頻三角載波交截
，得到驅動信號驅動逆變橋，實現電流跟蹤。GiPI(s)為PI環節傳遞函數;KPWM/(0.5sTs+1)為采用PWM控製的逆變橋傳遞函數，可等效為慣性環節
，KPWM為PWM及主電路增益;1/(sTs+1)為采樣延時和PWM控製滯後的小慣性環節。

將采樣延時環節和PWM裝置延時環節合並，由於開關頻率較高，合並後s2的係數遠小於s的係數
，可以將該項忽略

，簡化為一階慣性環節：1/(1.5sTs+1)。

等效電壓外環控製框圖如圖3所示，Udc為直流母線電壓;GuPI(s)為PI環節的傳遞函數;1/(Cs)為濾波電容的傳遞函數;Gi(s)為電流內環的閉環傳遞函數。

圖3 等效電壓外環控製框圖

根據以上電流環的設計
，可得簡化等效閉環傳遞函數為：Gi(s)=1/(1+3sTs);同樣將采樣延時和電流環傳遞函數合並等效為：1/(1+4s Ts)。
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2、雙PI控製的補償和改進

單相光伏並網逆變器的輸出電壓和電流均為工頻正弦變量，其輸出有功功率表現為2倍bei工gong頻pin的de正zheng弦xian變bian量liang，這zhe樣yang實shi際ji母mu線xian電dian容rong就jiu有you相xiang同tong頻pin率lv的de紋wen波bo電dian壓ya。因yin此ci母mu線xian電dian壓ya控kong製zhi環huan節jie產chan生sheng的de參can考kao電dian流liu幅fu值zhi就jiu不bu是shi一yi個ge標biao準zhun的de直zhi流liu變bian量liang，也ye含han有you2倍頻交變分量，電流基準給定信號就不是標準的正弦波，因此會導致實際並網電流波形THD升高。

另一方麵，市電電網電壓包含大量的低次和高次諧波，實際用電負荷的突變還會導致電網電壓隨機波動。電流環中沒有考慮到電網電壓ug對電流波形的影響。

設igref與ig的誤差信號為ie
，則ie=igref-ig，差分方程為：die/dt=digref/dt-dig/dt。若不考慮開關頻率諧波分量的影響，有：

Lfdig/dt=uAB1-ug (1)

式中：Lf為輸出濾波電感；uAB1為橋臂輸出側基波分量。

設ie接近零

，可得die/dt=digref/dt-(uAB1-ug)/Lf=0。根據逆變器調製原理可得：

uAB1=Udcum/Utri (2)

式中：um為逆變器正弦調製信號;Utri為三角載波幅值。

整理可得：

um=Lf(Utri/Uref)d[(Uref/Udc)igref]/dt+(Utri/Udc)ug (3)

(Uref/Udc)igref說明母線電壓的紋波影響並網電流，(Utri/Udc)ug說明電網電壓對電流控製也有影響。所以單純采用雙PI控製在實際電路中很難滿足並網逆變器THD<5%的要求。根據式(3)可知，若增加Udc/Uref乘以電網電壓作為前饋補償，就可消除電網電壓對並網電流的影響。

3、電壓外環PR調節

單純采用雙PI控製時

，為了保證係統穩定性和動態性能
，電壓環環寬一般都設為200～500 Hz，即使加入母線紋波補償
，也無法完全抑製100 Hz紋波對並網電流的影響。若采用PR調節器作為電壓外環調節器，則可很好地抑製母線紋波對並網電流的影響，同時可保證係統動態係能，即有：

Gc(s)=Kp+Kr(s2+ω2)/[s2+(ω/Q)s+ω2] (4)

4、單相兩級式光伏並網逆變器控製策略

一般單相兩級式光伏並網逆變器采用前後級分開控製的方法
，當係統功率隨著MPPT控製不斷變化時，首先體現為母線電容的電壓變化然後通過後級控製改變並網電流。

下麵提出一種新的係統控製策略，其核心思想是根據前級MPPT的功率先預置一個逆變的參考電流幅值，然後經一個比例控製器確定最終的逆變參考電流。這個比例控製器是母線采樣電壓與參考電壓(一般380V)的比值。這樣當前級MPPT調節功率變化時，可直接體現為後級參考電流的變化，並通過母線電壓的比例控製器將母線電壓穩定在參考值附近。

不(bu)考(kao)慮(lv)紋(wen)波(bo)，若(ruo)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)均(jun)值(zhi)大(da)於(yu)或(huo)小(xiao)於(yu)參(can)考(kao)值(zhi)，則(ze)會(hui)相(xiang)應(ying)調(tiao)高(gao)或(huo)降(jiang)低(di)逆(ni)變(bian)的(de)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)，使(shi)母(mu)線(xian)電(dian)容(rong)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)，母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)保(bao)持(chi)在(zai)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)附(fu)近(jin)
，以(yi)保(bao)證(zheng)前(qian)後(hou)級(ji)功(gong)率(lv)平(ping)衡(heng)，起(qi)到(dao)穩(wen)壓(ya)作(zuo)用(yong)。對(dui)於(yu)母(mu)線(xian)紋(wen)波(bo)，通(tong)過(guo)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)，不(bu)僅(jin)穩(wen)住(zhu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)，而(er)且(qie)抑(yi)製(zhi)了(le)母(mu)線(xian)紋(wen)波(bo)對(dui)並(bing)網(wang)電(dian)流(liu)的(de)影(ying)響(xiang)，還(hai)使(shi)後(hou)級(ji)實(shi)現(xian)了(le)單(dan)電(dian)流(liu)環(huan)控(kong)製(zhi)


，控(kong)製(zhi)更(geng)簡(jian)單(dan)。其(qi)控(kong)製(zhi)原(yuan)理(li)如(ru)圖(tu)4所示。

圖4 新控製法控製框圖
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、 Saber仿真驗證

在Saber中搭建如圖1的仿真模型
，母線參考電壓380 V
，係統工作在額定功率3 kW，前級采用導納增量法實現MPPT並升壓。

Boost輸出電壓(母線電壓)一直穩定在380V附近，采用雙PI控製方法時的波形如圖5a所示。由圖可見，母線電壓存在100 Hz的脈動紋波;單純的雙PI控製逆變並網電流波形存在明顯畸變，THD=4.63%。當係統功率變化時
，0.45 s開始功率從3 kW變化到0.5 s時的1.9 kW，母線電壓和並網電流波形如圖5b所示。可見
，母線電壓穩定在380 V附近，有100Hz的脈動紋波。並網電流不是很理想
，當功率從3 kW變化到1.7 kW時，母線電壓有一個先減小然後增加的調節過程。

將電壓外環PI改為按照式(4)取值的PR調節器，電壓和輸出電流波形如圖5c所示
，可見，采用PR控製輸出並網電流波形沒有明顯畸變

，THD=1.22%。PR控製功率變化時母線電壓和並網電流波形如圖5d所示，可見，電壓外環采用PR調節時
，係統的動態調節更快。當功率變化時，雙PI控製大概在10個電網周期才能過渡到一個穩態；而電壓外環PR調節可使母線電壓和並網電流平滑過渡
，隻需2個周期即可進入下一個穩態。

圖5 仿真波形

由圖4搭建仿真模型
，3 kW時母線電壓和並網電流波形如圖5e所示。可見，采用新控製方法可保證母線電容穩壓和很好的並網電流，THD隻有0.8%。新控製方法下功率變化時母線電壓和並網電流波形如5f所示，對比可見，在前級功率變化時，新控製方法和雙PI控製係統動態性能更好。新控製方法中，係統功率變化時
，電流和母線電壓過渡更加平穩，同時能保證高質量的輸出電流。
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6、實驗驗證

H橋采用光伏專用模塊FZ06BLA045FH-P897E，二極管采用SiC肖特基二極管，其快恢複性能好
，可顯著降低開關損耗和電磁幹擾。控製采

用DSP2808芯片。采用圖4中的控製方法，非隔離並網，濾波電感3 mH，實驗波形如圖6所示。

圖6 實驗波形

可見
，並網電流波形質量隨著功率增加越來越好，測量半載1.5 kW時並網電流THD≈1%。

7、結論

對單相兩級式光伏並網逆變器進行建模
，通過理論分析和仿真可知，傳統的母線電壓外環、電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)控(kong)製(zhi)為(wei)兼(jian)顧(gu)並(bing)網(wang)電(dian)流(liu)質(zhi)量(liang)和(he)係(xi)統(tong)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)，必(bi)須(xu)在(zai)後(hou)級(ji)電(dian)流(liu)環(huan)中(zhong)加(jia)入(ru)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)補(bu)償(chang)和(he)電(dian)網(wang)電(dian)壓(ya)抑(yi)製(zhi)補(bu)償(chang)環(huan)節(jie)。若(ruo)在(zai)電(dian)壓(ya)環(huan)中(zhong)采(cai)用(yong)比(bi)例(li)諧(xie)振(zhen)調(tiao)節(jie)器(qi)控(kong)製(zhi)
，將(jiang)諧(xie)振(zhen)點(dian)設(she)置(zhi)在(zai)100 Hz左右
，可以抑製母線紋波電壓對並網電流的影響，同時保證係統動態性能。

提(ti)出(chu)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)功(gong)率(lv)平(ping)衡(heng)原(yuan)理(li)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)，將(jiang)一(yi)個(ge)比(bi)例(li)控(kong)製(zhi)器(qi)作(zuo)為(wei)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)器(qi)加(jia)入(ru)後(hou)級(ji)逆(ni)變(bian)環(huan)路(lu)中(zhong)
，使(shi)後(hou)級(ji)可(ke)采(cai)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)電(dian)流(liu)環(huan)控(kong)製(zhi)
，在(zai)母(mu)線(xian)電(dian)容(rong)穩(wen)壓(ya)的(de)同(tong)時(shi)消(xiao)除(chu)了(le)紋(wen)波(bo)電(dian)壓(ya)對(dui)並(bing)網(wang)電(dian)流(liu)的(de)影(ying)響(xiang)。傳(chuan)統(tong)的(de)雙(shuang)環(huan)控(kong)製(zhi)前(qian)後(hou)級(ji)分(fen)開(kai)獨(du)立(li)，這(zhe)樣(yang)前(qian)級(ji)功(gong)率(lv)變(bian)化(hua)時(shi)
，首(shou)先(xian)體(ti)現(xian)為(wei)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)
，然(ran)後(hou)並(bing)網(wang)電(dian)流(liu)跟(gen)隨(sui)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)，新(xin)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)中(zhong)
，前(qian)級(ji)功(gong)率(lv)變(bian)化(hua)時(shi)直(zhi)接(jie)作(zuo)用(yong)到(dao)後(hou)級(ji)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)中(zhong)，係(xi)統(tong)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)更(geng)快(kuai)。仿(fang)真(zhen)和(he)實(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)了(le)該(gai)方(fang)法(fa)的(de)可(ke)行(xing)性(xing)。

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