0  引言  

       光伏发电作为太阳能利用的重要方式，已得到世界各国的普遍关注。2011年，我国光伏新增装机量达到2.7 GW，同比增幅达到400%，预计2012年新增装机量超过5 GW。为实现光伏发电系统高效并网运行，需对光伏并网逆变器进行控制[1-3]，确保光伏系统向电网输送高质量的电能。电网电压正常情况下，合理设计系统控制策略可较容易地实现光伏系统高效并网运行。然而，当电网电压不平衡时，光伏并网逆变器输出功率将出现波动，并网电流中将出现谐波分量，这无疑给并网电能质量带来负面影响。因此，研究不平衡电网电压下光伏并网逆变器控制策略以减小其负面影响具有重要意义。  

       传统不平衡电网电压下控制策略大致可分为2类：基于旋转坐标系的控制策略和基于静止坐标系的控制策略，文献[4]提出一种正序和负序双旋转坐标系控制策略，通过对电压/电流正序分量和负序分量的独立控制，达到消除有功功率波动的目的。文献[5]提出一种加强型双旋转坐标系控制策略，采用解耦网络消除电流振荡，实现正负序功率的独立控制。上述两种方法缺点是运算量较大、实现较为复杂。此外，电压/电流正负序分离计算所需的时延将导致系统动态响应恶化，严重时容易引发系统不稳定。为了解决此问题，文献[6]提出一种正序单旋转坐标系控制策略，通过比例积分谐振控制器直接控制电流正序和负序分量。该方法无需电流正负序分离计算，因此电流控制结构简单，时延小，动态响应快。但该方法仍需电网电压正负序分离计算产生电流参考指令。文献[7]提出一种正序单旋转坐标系控制策略，通过对功率脉动进行直接谐振补偿，实现了系统输出功率脉动的有效抑制。值得注意的是，上述4种方法中锁相环和旋转坐标变换将增加控制结构的复杂度。为了简化系统控制结构，国内外学者提出基于静止坐标系的控制策略[8-12]，其特点是控制结构中无需旋转坐标变换，计算量小；无需电流正负序分离，时延小，动态响应相对较快。文献[13-14]提出改变电流指令系数实现有功波动、无功波动或电流THD之间的灵活控制，然而上述方法仍需电网电压正负序分离计算产生电流参考指令，由于锁相环计算电网电压正负分量需要一定延时，同时增加系统控制结构的复杂度，因此，无需锁相环的系统控制策略有待进一步研究。  

       本文提出一种静止坐标系无锁相环控制策略，实现不平衡电网电压下光伏并网逆变器功率/电流质量协调控制。文中详细地分析不平衡电网电压下光伏并网逆变器电流谐波产生的机理和功率波动的原因，并进行量化分析，最后进行仿真和实验验证。  

       1  系统工作原理及控制策略  

       1.1  系统工作原理  

       图1为三相光伏并网逆变器示意图。图中：直流母线电压Ud由光伏电池经过DC/DC升压提供；ug为电网电压；LCL滤波器用于消除逆变器输出的高频谐波 [15] ；采用电流控制实现光伏并网逆变器向 电网传送有功或无功功率。  

图1  三相光伏并网逆变器

       电网电压正常情况下，合理设计电流控制器可较容易地实现光伏并网逆变器的有功和无功功率控制，同时保证并网电流满足IEEE Std.929-2000标准。然而，当电网电压不平衡时，光伏并网逆变器输出功率将出现波动，并网电流中将出现谐波分量，这给并网电能质量带来负面影响。为解决此问题，首先通过理论分析阐明并网电流谐波和功率波动产生的原因，然后设计相应的控制策略对上述问题加以解决。  

       1.2  并网电流谐波产生机理及量化分析  

       为了阐明电网电压不平衡时并网电流谐波产生的原因，首先设三相电网电压ua、ub、uc分别为 Ta b c[]uuu=

       式中：U  +、ω 和 θ  p分别为正序电网电压的幅值、频率和相位；U  −和 θ n分别为负序电网电压的幅值和 相位。  将式(1)经过克拉克变换后可得 αβ 坐标系电网电压uα 和uβ。

       式中：u+α、u−α 为uα 的正序分量和负序分量；u+ β、 u−β 为uβ 的正序分量和负序分量。