【經(jīng)典】非隔離型 H6 橋單相光伏逆變器無功補償調(diào)制

光伏逆變器

引言

分布式光伏發(fā)電由于具有分散發(fā)電、就地使用，避免輸配電損失和降低輸配電投資，不需另占土地等優(yōu)勢，受到世界各國的重視［1-2］。單相分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，需要采用單相并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)與單相電網(wǎng)的接口。

目前大部分的單相光伏并網(wǎng)逆變器僅能在單位功率因數(shù)的工況下運行。而隨著新能源并網(wǎng)容量在單相電網(wǎng)中所占比例不斷增大，單相光伏逆變器將逐漸成為單相電網(wǎng)功率主動調(diào)節(jié)的參與者［3］。因此，部分國家更改了并網(wǎng)標準，要求單相光伏并網(wǎng)逆變器具備無功調(diào)節(jié)功能，如德國的并網(wǎng)標準 VDEAR-N4105 ［4］。依照新的標準要求，當單相并網(wǎng)逆變器的容量小于 13.8kV?A 時，須滿足超前和滯后 0.95 的功率因數(shù)要求，實現(xiàn)對單相電網(wǎng)的無功支撐。

單相 H6 橋拓撲是一種為了消除無變壓器隔離型逆變器漏電流而提出的交流側旁路的并網(wǎng)逆變拓撲［5］。在這種拓撲中的續(xù)流階段，直流側與交流側被阻斷開來［6-7］。采用傳統(tǒng)的調(diào)制與控制方法，H6 橋的交流側在電網(wǎng)電壓過零后與直流側阻斷，通常只能工作在單位功率因數(shù)的并網(wǎng)模式下，無法實現(xiàn)無功功率的輸出［8-9］。如何為已安裝的 H6 橋型單相光伏逆變器進行軟件更新與升級，使其在保持低漏電流特性的基礎上實現(xiàn)無功功率輸出與調(diào)節(jié)，是亟需解決的問題。

采用傳統(tǒng)控制模式下，在非單位功率因數(shù)工況下，由于 H6 橋輸出電壓過零點與并網(wǎng)電流過零點不再重合，致使并網(wǎng)電流波形比在單位功率因數(shù)工況運行時畸變加重。針對逆變器并網(wǎng)電流過零點畸變問題，文獻［10］在電流內(nèi)環(huán)控制中引入重復控制，解決了 dual-buck 型拓撲光伏逆變器的電流過零點畸變問題。文獻［11-13］利用雙極性調(diào)制電流變化率比單極性調(diào)制大的特性，采用雙極性與單極性混合調(diào)制的方法改善了電流過零點畸變。近年來，滑模變結構控制憑借其優(yōu)越的瞬態(tài)特性與魯棒性，被越來越多應用于電力電子裝置的控制，并獲得了較理想的控制效果［14-15］。文獻［16］在直流耦合的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，采用滑模控制提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。

當 H6 橋工作在無功補償模式時，本文將其交流側與直流側阻斷階段的交流附加續(xù)流回路產(chǎn)生的電動勢看作直流側電壓調(diào)制產(chǎn)生，提出一種低漏電流的無功補償調(diào)制策略及其 SVPWM 的實現(xiàn)方法。分析了 H6 橋輸出無功功率時，并網(wǎng)電流在輸出電壓過零點與電流過零點波形畸變的產(chǎn)生機理。并將 H6 橋的調(diào)制策略分成逆變調(diào)制與無功調(diào)制兩個階段，通過構造比例–積分–諧振全程滑模面，抑制并網(wǎng)電流的直流分量，平滑兩階段調(diào)制的切換，使得并網(wǎng)電流畸變得到改善。