專利名稱：一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的制作方法
一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在能源日益緊缺和環(huán)境嚴(yán)重污染的今天，太陽能的利用備受重視，光伏并網(wǎng)發(fā)電因此得到了前所未有的發(fā)展。并網(wǎng)逆變器(包括Boost升壓電路、逆變?nèi)珮螂娐贰SP控制器和采樣電路)作為光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口設(shè)備，是光伏發(fā)電系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件，其控制技術(shù)成為當(dāng)今研究的熱點之一。目前，光伏并網(wǎng)逆變器廣泛采用的是SPWM逆變技術(shù)。 此方案雖然能夠滿足太陽能回饋到電網(wǎng)的要求，但由于此技術(shù)使用了同步、鎖相環(huán)(PLL)、 SPWM脈沖發(fā)生器、低通濾波等諸多模擬環(huán)節(jié)，使得并網(wǎng)逆變器的控制繁瑣，動靜態(tài)特性較差。這是因為SPWM調(diào)制技術(shù)主要是靠硬件模擬電路來實現(xiàn)的，而SVPWM調(diào)制技術(shù)適用于數(shù)字化控制系統(tǒng)；同時，由于光伏并網(wǎng)逆變器受到多種非線性因素的影響，如光伏并網(wǎng)逆變器本身的數(shù)學(xué)模型非線性影響，以及并網(wǎng)逆變器調(diào)制時受死區(qū)的影響等，直流母線電壓含有二次諧波，且輸出的并網(wǎng)電流波形畸變較為嚴(yán)重。為了使并網(wǎng)逆變器具有良好的動、靜態(tài)性能，并且能夠輸出高質(zhì)量的電流以降低對電網(wǎng)的影響，現(xiàn)需要設(shè)計一套關(guān)于光伏并網(wǎng)逆變器的有效優(yōu)化控制方案成為當(dāng)今光伏發(fā)電行業(yè)的迫切需求。
現(xiàn)有技術(shù)對并網(wǎng)系統(tǒng)中二次諧波問題提出了相應(yīng)的改進(jìn)，如申請?zhí)枮?CN200810102070. 2，申請日為2008_3_17，名稱為“兩級并網(wǎng)系統(tǒng)消除中間直流側(cè)二次脈動干擾的方法”的發(fā)明，其技術(shù)方案為本發(fā)明提供一種兩級并網(wǎng)系統(tǒng)消除中間直流側(cè)二次脈動干擾的方法，通過在前級的DC/DC環(huán)節(jié)加入的二次諧波補(bǔ)償模塊對中間直流環(huán)節(jié)的二次諧波脈動加以反補(bǔ)償，消除二次脈動干擾，穩(wěn)定中間直流電壓。但是，上述專利中二次脈動干擾的反饋是通過濾波、計算、采樣的方式得到的，而濾波、計算環(huán)節(jié)帶來的繁瑣計算和延遲則會影響整個系統(tǒng)的控制精度與動態(tài)響應(yīng)速度，使得消除二次脈動干擾的效果無法達(dá)到預(yù)期。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述并網(wǎng)逆變器存在的問題，現(xiàn)在特別提出一種能通過雙閉環(huán)并網(wǎng)控制策略來實現(xiàn)逆變器單位功率因數(shù)運(yùn)行和輸出電流完全正弦的目標(biāo)的光伏并網(wǎng)逆變器。
為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于包括光伏陣列模塊、 DC/DC模塊、逆變?nèi)珮蚰K、濾波切換電路模塊、采樣模塊、DSP控制器模塊和工頻隔離變壓器模塊；所述光伏陣列模塊與DC/DC模塊連通，DC/DC模塊與逆變?nèi)珮蚰K連通，逆變?nèi)珮蚰K與濾波切換電路模塊連通，濾波切換電路模塊與工頻隔離變壓器模塊連通，DC/DC模塊與工頻隔離變壓器模塊通過采樣模塊與DSP控制器模塊連通，DSP控制器模塊分別與逆變?nèi)珮蚰K和DC/DC模塊連通；光伏陣列模塊將采集到的太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能；基于采樣模塊采集光伏陣列的電壓、電流信號；DSP控制器計算出DC/DC模塊的控制信號，將光伏陣列輸出的直流電能變換為直流電壓源，并實現(xiàn)光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT);基于采樣模塊從工頻隔離變壓器所采集到的并網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流信號，DSP控制器計算出逆變?nèi)珮蚰K的控制信號來驅(qū)動逆變?nèi)珮蚰K運(yùn)行；濾波切換電路將逆變?nèi)珮蚰K輸出的高頻SVPWM波經(jīng)濾波后的正弦基波提供給本地負(fù)載，實現(xiàn)獨立運(yùn)行模式，或者經(jīng)過工頻隔離變壓器將電能饋入電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行模式。
所述逆變?nèi)珮蚰K為IGBT?！缞A，所述逆變?nèi)珮蚰K采用基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的調(diào)制算法，生成逆變?nèi)珮蚰K的運(yùn)行開關(guān)信號^ 足，驅(qū)動逆變?nèi)珮蚰K并網(wǎng)運(yùn)行。
所述DSP控制器模塊為TMS320F28335芯片，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的運(yùn)行模式選擇、SVPWM波的產(chǎn)生、并網(wǎng)控制算法的實現(xiàn)、檢測參數(shù)的處理和保護(hù)。
所述DC/DC模塊包括一種閉環(huán)數(shù)字PI控制器，PI控制器的參考值為最大功率跟蹤(MPPT)算法所計算出的直流母線電壓值，PI控制器的直流母線電壓反饋值作為下一級逆變?nèi)珮螂娐返闹绷髂妇€電壓控制外環(huán)的參考值。
所述光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)使用一種新型并網(wǎng)控制算法，所述算法為雙閉環(huán)控制算法，所述算法由DSP控制器模塊實現(xiàn)，用于控制逆變?nèi)珮蚰K，所述算法包括直流母線電壓控制外環(huán)和并網(wǎng)電流控制內(nèi)環(huán)，直流母線電壓外環(huán)采用比例積分諧振(PIR)控制器，直流母線電壓的給定值與反饋值的偏差經(jīng)PIR控制器后作為d軸電流控制內(nèi)環(huán)的參考值，其中直流母線電壓諧振控制器的輸出部分作為d軸電流二次諧波的參考值，相應(yīng)的q軸電流控制內(nèi)環(huán)的參考值為d軸電流二次諧波的參考值延遲90度后再反相，電流控制內(nèi)環(huán)同樣采用比例積分諧振(PIR)控制器來計算相應(yīng)的控制電壓，內(nèi)環(huán)的方法與外環(huán)相同。
所述直流母線電壓控制外環(huán)的原理為保證在三相靜止坐標(biāo)系下，三相正序輸出電流不發(fā)生畸變現(xiàn)象；在三相電網(wǎng)電壓不平衡下，若諧振系數(shù)為0，則三相電流平衡，但直流母線電壓存在二次諧波，若諧振系數(shù)足夠大，則直流母線電壓中的二次諧波將被抑制，且三相并網(wǎng)電流不平衡度較小。
并網(wǎng)電流控制內(nèi)環(huán)的原理為在d-q坐標(biāo)系下，PI控制器控制并網(wǎng)電流的正序分量，諧振調(diào)節(jié)器則對頻率為IOOHz的2倍頻負(fù)序電流分量進(jìn)行放大增益，而對IOOHz以外的頻率成分進(jìn)行抑制，從而來對并網(wǎng)電流的負(fù)序分量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
所述比例積分諧振(PIR)控制器的傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于包括光伏陣列模塊、DC/DC模塊、逆變?nèi)珮蚰K、濾波切換電路模塊、采樣模塊、DSP控制器模塊和工頻隔離變壓器模塊； 所述光伏陣列模塊與DC/DC模塊連通，DC/DC模塊與逆變?nèi)珮蚰K連通，逆變?nèi)珮蚰K與濾波切換電路模塊連通，濾波切換電路模塊與工頻隔離變壓器模塊連通，DC/DC模塊與工頻隔離變壓器模塊通過采樣模塊與DSP控制器模塊連通，DSP控制器模塊分別與逆變?nèi)珮蚰K和DC/DC模塊連通； 光伏陣列模塊將采集到的太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能；基于采樣模塊采集光伏陣列的電壓、電流信號；DSP控制器計算出DC/DC模塊的控制信號，將光伏陣列輸出的直流電能變換為直流電壓源，并實現(xiàn)光伏陣列的最大功率點跟蹤；基于采樣模塊從工頻隔離變壓器所采集到的并網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流信號，DSP控制器計算出逆變?nèi)珮蚰K的控制信號來驅(qū)動逆變?nèi)珮蚰K運(yùn)行；濾波切換電路將逆變?nèi)珮蚰K輸出的高頻SVPWM波經(jīng)濾波后的正弦基波提供給本地負(fù)載，實現(xiàn)獨立運(yùn)行模式，或者經(jīng)過工頻隔離變壓器將電能饋入電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述逆變?nèi)珮蚰K為IGBT模塊，所述逆變?nèi)珮蚰K采用基于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的調(diào)制算法，生成逆變?nèi)珮蚰K的運(yùn)行開關(guān)信號^ ^ A,驅(qū)動逆變?nèi)珮蚰K并網(wǎng)運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制器模塊為TMS320F28335芯片，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的運(yùn)行模式選擇、SVPWM波的產(chǎn)生、并網(wǎng)控制算法的實現(xiàn)、檢測參數(shù)的處理和保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述DC/DC模塊包括一種閉環(huán)數(shù)字PI控制器，PI控制器的參考值為最大功率跟蹤(MPPT)算法所計算出的直流母線電壓值，PI控制器的直流母線電壓反饋值作為下一級逆變?nèi)珮螂娐返闹绷髂妇€電壓控制外環(huán)的參考值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)使用一種新型并網(wǎng)控制算法，所述算法為雙閉環(huán)控制算法，所述算法由DSP控制器模塊實現(xiàn)，用于控制逆變?nèi)珮蚰K，所述算法包括直流母線電壓控制外環(huán)和并網(wǎng)電流控制內(nèi)環(huán)，直流母線電壓外環(huán)采用比例積分諧振(PIR)控制器，直流母線電壓的給定值與反饋值的偏差經(jīng)PIR控制器后作為d軸電流控制內(nèi)環(huán)的參考值，其中直流母線電壓諧振控制器的輸出部分作為d軸電流二次諧波的參考值，相應(yīng)的q軸電流控制內(nèi)環(huán)的參考值為d軸電流二次諧波的參考值延遲90度后再反相，電流控制內(nèi)環(huán)同樣采用比例積分諧振(PIR)控制器來計算相應(yīng)的控制電壓，內(nèi)環(huán)的方法與外環(huán)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述直流母線電壓控制外環(huán)的原理為保證在三相靜止坐標(biāo)系下，三相正序輸出電流不發(fā)生畸變現(xiàn)象；在三相電網(wǎng)電壓不平衡下，若諧振系數(shù)為0，則三相電流平衡，但直流母線電壓存在二次諧波，若諧振系數(shù)足夠大，則直流母線電壓中的二次諧波將被抑制，且三相并網(wǎng)電流不平衡度較小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于并網(wǎng)電流控制內(nèi)環(huán)的原理為在d_q坐標(biāo)系下，PI控制器控制并網(wǎng)電流的正序分量，諧振調(diào)節(jié)器則對頻率為IOOHz的2倍頻負(fù)序電流分量進(jìn)行放大增益，而對IOOHz以外的頻率成分進(jìn)行抑制，從而來對并網(wǎng)電流的負(fù)序分量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其特征在于所述比例積分諧振(PIR)控制器的傳遞函數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于新型并網(wǎng)控制算法的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，包括光伏陣列模塊、DC/DC模塊、逆變?nèi)珮蚰K、濾波切換電路模塊、采樣模塊、DSP控制器模塊和工頻隔離變壓器模塊。本發(fā)明的優(yōu)點在于逆變?nèi)珮蚰K采用雙閉環(huán)控制策略，直流母線電壓控制外環(huán)和并網(wǎng)電流控制內(nèi)環(huán)采用比列積分諧振(PIR)控制器，逆變?nèi)珮螂娐凡捎肧VPWM調(diào)制技術(shù)，采用DC/DC模塊來實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)，采用工頻隔離變壓器隔離直流電流分量，減小并網(wǎng)逆變系統(tǒng)對電網(wǎng)用電設(shè)備的影響。
文檔編號H02J1/02GK102983588SQ20121045532
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者李華銀, 趙昕, 彭濤, 閔澤生, 陳建國, 蔣弛雷, 杜睿, 徐其惠, 石方舟, 徐純科, 陳明, 田紹據(jù) 申請人:四川東方電氣自動控制工程有限公司