线路电感对逆变器并网接点电压的影响及解决方法

线路电感对逆变器并网接点电压的影响及解决方法

李海勇李海雷韩磊

李海勇1李海雷2韩磊1（1、济南市技师学院山东济南250031；2、临沂市公路局山东临沂276000）

摘要：配电网线路电感影响着光伏逆变器接入点电压相位检测。光伏逆变器输出电流相位跟踪实际电网电压相位，线路电感的存在会造成一般测量电网电压相位的方法产生误差，进而影响输出电流相位和输出功率因数，导致控制策略的困难。本文先分析了线路电感影响电网电压相位检测的原因，然后提出了解决这一问题的方法：基于多过零点检测的分析方法。

关键词：光伏逆变器线路电感相位检测

光伏逆变器一般工作在最大功率跟踪（MPPT）状态，此时其输出电流跟踪电网交流电压的相位并保持同步，理想功率因数为1。为保证光伏逆变器工作于功率因数为1的状态，输出电流必须准确检测并跟踪电网电压相位。光伏逆变单元一般通过检测三相电压过零点的方式来实现电流与电压的相位同步，具有实时性好、跟踪迅速等优点。但实际线路电感并不为零，对于高频电力电子开关电路，其感抗远大于电阻，可近似为纯感抗。光伏逆变单元除含有输出电感外，与电网之间还存在连接线路电感，因电流处于开关状态，将在线路电感上形成开关电压，致使交流采样电压不再具有光滑的余弦波形。尤其当光伏逆变器的输出电流较大时，开关电压峰-峰值甚至会超过网侧电压峰-峰值，且在一个周期内可能存在多个电压过零点。此时采用检测电压过零点位置的方法来确定电压相位已不再有效，即使增加前置低通滤波器也不能完全消除开关电压的影响，且造成电压相位变化，检测误差较大。也有的光伏逆变单元采用锁相环（PLL）技术检测电网电压相位，尽管该方式可准确跟踪电网的频率，但并不能实现电压相位的准确跟踪。

就目前文献所见，针对线路电感与开关过程的耦合影响，尚未有非常有效的电网电压相位检测方法以实现光伏逆变器输出电流与电压的准确同步。本文详细分析了线路电感对光伏逆变器并网接点处交流电压波形的影响，并经理论分析与实验研究发现，线路电感和直流侧电压均与开关电压成正比关系，进而提出了一种改进的过零点相位检测方法。

一、光伏逆变单元的等效电路

考虑线路电感时光伏逆变单元的等效电路如图1所示，采用典型的半桥拓扑结构。图1中，PV为光伏电池组，C1和C2为直流侧电容，Q1和Q2为IGBT开关管，V1为光伏逆变器接入配电网的电压检测点，I1为光伏逆变器输出电流检测点，L1为逆变器的输出电感，L2为线路电感，光伏逆变器通过L2并入电网电压节点VAC。

图1、光伏逆变单元等效电路

二、光伏逆变器的动态开关过程

设流过电感L1和L2的电流为i1，V1点的电压为u1。因功率器件的开关频率远高于工频，在一个开关周期内，光伏电池组输出电压可近似为一恒值Udc，交流母线电压Uac也可认为不变。开关管Q1和Q2的开关信号互补，它们在一个开关周期内交替导通。

四、结论

1.考虑线路电感后，光伏逆变器接入配电网的交流电压采样波形不是光滑的正弦波，而是在实际电网电压过零点左右有多个过零点，多个过零点关于实际电网电压过零点严格左右对称。传统测量相位的过零点方法，锁相环方法和傅立叶级数方法都不能较好地适应这种情况，因此需要探讨新的方法准确测量交流电压相位。

2.一般的配电网线路电感和逆变器直流侧输入电压都不大，可以采用过零点相位检测的改进算法，在增加很少计算量的情况下准确跟踪多个过零点的交流电压。

3.本文研究结果对解决线路电感较大时的实际电网电压相位难以准确跟踪的问题、改善线路电感较小时电流电压相位跟踪特性具有一定的参考意义。