光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)，它包括光伏陣列、PI控制器、并網(wǎng)電流控制器、二次紋波控制器和單相光伏并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)電流控制器包括相互并聯(lián)的用于積分調(diào)節(jié)的低通濾波器、用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)的陷波器和一個(gè)PI+重復(fù)控制器；所述二次紋波控制器包括比例諧振控制器。結(jié)合本發(fā)明的控制方法，能有效地消除光伏并網(wǎng)電流中的二次功率擾動，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓中的二次紋波分量的有效抑制和并網(wǎng)電流質(zhì)量的大幅度提高，而且所需直流濾波電容大大減小，并由此使得系統(tǒng)體積減小，成本降低，同時(shí)延長了光伏陣列的使用壽命。
【專利說明】光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于提高并網(wǎng)電流質(zhì)量的光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列和逆變器兩部分組成，其中光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，逆變器將電能注入至交流電網(wǎng)。單相單級光伏并網(wǎng)逆變器采用單級能量變換環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低和系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，在戶用型光伏發(fā)電系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用和研究前景。傳統(tǒng)的單相單級光伏并網(wǎng)逆變器，在并網(wǎng)電流被控為與電網(wǎng)電壓同頻同相時(shí)，輸出功率中含有二次紋波分量，即二次功率擾動。該擾動會導(dǎo)致直流側(cè)電壓中含有大量的二次紋波分量，直流側(cè)電壓中的二次紋波分量一方面會造成并網(wǎng)電流中含有大量的三次紋波電流，從而降低并網(wǎng)電流質(zhì)量；另一方面會影響光伏陣列MPPT輸出參考電壓的準(zhǔn)確度以及光伏陣列的使用壽命。針對單相單級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的不足，目前廣泛使用的解決方法是通過設(shè)計(jì)合適的功率解耦電容來抑制二次功率擾動，該方法需要的直流濾波電容非常大，這樣使得系統(tǒng)體積和成本大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種新型光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制裝置和使用該裝置進(jìn)行光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制的控制方法，以有效地抑制直流側(cè)電壓中的二次紋波分量，提高并網(wǎng)電流的質(zhì)量。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)，包括光伏陣列、PI控制器、并網(wǎng)電流控制器、二次紋波控制器和單相光伏并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)電流控制器包括相互并聯(lián)的用于積分調(diào)節(jié)的低通濾波器、用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)的陷波器和一個(gè)PI+重復(fù)控制器；所述二次紋波控制器包括比例諧振控制器。
[0005]一種使用所述光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)進(jìn)行光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制的方法:其包括:
[0006]A.光伏并網(wǎng)電流控制:光伏陣列輸出電壓和電流經(jīng)過MPPT算法計(jì)算，得到的直流參考電壓作為負(fù)端，所述直流參考電壓與實(shí)測直流電壓作差，所得差值作為所述PI控制器的輸入；所述PI控制器根據(jù)光伏陣列輸出功率的大小來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出并網(wǎng)電流的參考幅值；用所述并網(wǎng)電流的參考幅值與實(shí)測并網(wǎng)電流作差，其誤差作為所述并網(wǎng)電流控制器的輸入；所述并網(wǎng)電流控制器輸出電壓與實(shí)測電網(wǎng)電壓值相加構(gòu)成前饋控制，用于消除電網(wǎng)電壓擾動對并網(wǎng)電流的影響；
[0007]B.直流側(cè)電壓二次紋波抑制的控制:單相并網(wǎng)逆變器中儲能電感的參考電流與其實(shí)測電流作差，得到誤差信號作為所述比例諧振控制器的輸入，比例諧振控制器輸出為所述儲能電感參考電壓與實(shí)際電壓的差值，該差值與所述儲能電感的參考電壓值相加，得到儲能電感的實(shí)際電壓值，該電壓值與單相并網(wǎng)逆變器的直流電壓相除，得到直流電壓二次紋波抑制系統(tǒng)的輸出量。
[0008]C.單相并網(wǎng)逆變器的控制
[0009]所述并網(wǎng)電流控制器的輸出量和所述直流電壓二次紋波抑制器的輸出量，經(jīng)過計(jì)算得到占空比變量，占空比信號與載波信號比較進(jìn)行載波調(diào)制，載波調(diào)制輸出單相并網(wǎng)逆變器中功率開關(guān)的PWM控制脈沖信號，該控制脈沖信號通過驅(qū)動電路來驅(qū)動單相光伏并網(wǎng)逆變器中功率開關(guān)的動作，即實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波的控制。
[0010]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明通過單相光伏并網(wǎng)電流控制器、二次紋波控制器和單相并網(wǎng)逆變器的組合，消除了二次功率擾動，實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)電壓中的二次紋波分量的有效抑制和并網(wǎng)電流質(zhì)量的大幅度提高，而且所需直流濾波電容大大減小，并由此使得系統(tǒng)體積減小，成本降低，同時(shí)延長了光伏陣列的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2是本發(fā)明中光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)的控制框圖；
[0013]圖3是本發(fā)明中單相光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1、2、3所示，本發(fā)明使用的光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)，由光伏陣列UMPPI控制器2、PI控制器7、并網(wǎng)電流控制器3、二次紋波控制器4和單相光伏并網(wǎng)逆變器5組成，所述并網(wǎng)電流控制器3包括相互并聯(lián)的用于積分調(diào)節(jié)的低通濾波器Q(Z)、用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)的陷波器C(Z)和一個(gè)PI+重復(fù)控制器3-1 ;所述二次紋波控制器4主要包括比例諧振控制器4-1 ;所述單相光伏并網(wǎng)逆變器5是在常規(guī)逆變器的基礎(chǔ)上增加設(shè)置一個(gè)二次功率解耦電路5-1，具體由逆變單元5-4、二次功率解耦電路5-1和輸出濾波器5-2三個(gè)部分組成。其中，逆變單元5-4由I個(gè)直流電容C5-5和4個(gè)雙向阻斷型功率開關(guān)UyT3與T4組成，所述4個(gè)雙向阻斷型功率開關(guān)TpTyT3與T4構(gòu)成單相單級全橋逆變電路。輸出濾波器5-2由2個(gè)電感UL1和I個(gè)電容C1組成一個(gè)LCL濾波器。直流電容C5-5與光伏陣列I對接，用于緩沖一個(gè)控制周期內(nèi)光伏陣列I的能量波動。輸出濾波器5-2的電感L1和電容C1端子接電網(wǎng)6，L和電容C1端子分別接雙向阻斷型功率開關(guān)T3與T4組成的橋臂a點(diǎn)和雙向阻斷型功率開關(guān)T1與T2組成的橋臂b點(diǎn)。二次功率解耦電路5-1由一個(gè)儲能電感L25-3和2個(gè)雙向功率開關(guān)T5和T6組成。雙向功率開關(guān)T5和T6組成的橋臂直接與單相光伏并網(wǎng)逆變器5的直流電容C5-5并聯(lián)，儲能電感L25-3則橫跨在雙向功率開關(guān)T5和T6組成的橋臂與雙向阻斷型功率開關(guān)T1和T2組成的橋臂之間。所述單相光伏并網(wǎng)逆變器5由 申請人:另案申請，申請專利名稱為“一種單相光伏并網(wǎng)逆變器”。
[0015]本發(fā)明并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制的控制方法如下:
[0016]A.光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)電流的控制
[0017]光伏陣列輸出電壓和電流經(jīng)MPPT算法得到直流參考電圧"作為負(fù)端，與實(shí)測直流電壓Upv作差，該差值作為PI控制器7的輸入，PI控制器7根據(jù)光伏陣列I輸出功率的大小來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出并網(wǎng)電流的參考幅值<。并網(wǎng)電流的參考幅值 < 與實(shí)測并網(wǎng)電流is作差，其誤差es作為并網(wǎng)電流控制器3的輸入，PI+重復(fù)控制器3-1輸出電網(wǎng)電壓的差值u。，該差值U。與實(shí)測電網(wǎng)電壓值Vs相加構(gòu)成前饋控制，可以消除電網(wǎng)電壓擾動對并網(wǎng)電流的影響。并網(wǎng)電流控制器3的傳遞函數(shù)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括光伏陣列、PI控制器、并網(wǎng)電流控制器、二次紋波控制器和單相光伏并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)電流控制器包括相互并聯(lián)的用于積分調(diào)節(jié)的低通濾波器、用于補(bǔ)償調(diào)節(jié)的陷波器和一個(gè)PI+重復(fù)控制器；所述二次紋波控制器包括比例諧振控制器。
2.一種使用權(quán)利要求1所述控制系統(tǒng)進(jìn)行光伏并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波抑制控制，其特征在于:它包括: A.光伏并網(wǎng)電流控制:光伏陣列輸出電壓和電流經(jīng)過MPPT算法計(jì)算，得到的直流參考電壓作為負(fù)端，所述直流參考電壓與實(shí)測直流電壓作差，所得差值作為所述PI控制器的輸入；所述PI控制器根據(jù)光伏陣列輸出功率的大小來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出并網(wǎng)電流的參考幅值；用所述并網(wǎng)電流的參考幅值與實(shí)測并網(wǎng)電流作差，其誤差作為所述并網(wǎng)電流控制器的輸入；所述并網(wǎng)電流控制器輸出電壓與實(shí)測電網(wǎng)電壓值相加構(gòu)成前饋控制，用于消除電網(wǎng)電壓擾動對并網(wǎng)電流的影響； B.直流側(cè)電壓二次紋波抑制的控制:單相并網(wǎng)逆變器中儲能電感的參考電流與其實(shí)測電流作差，得到誤差信號作為所述比例諧振控制器的輸入，比例諧振控制器輸出為所述儲能電感參考電壓與實(shí)際電壓的差值，該差值與所述儲能電感的參考電壓值相加，得到儲能電感的實(shí)際電壓值，該電壓值與單相并網(wǎng)逆變器的直流電壓相除，得到直流電壓二次紋波抑制系統(tǒng)的輸出量； C.單相并網(wǎng)逆變器的控制:所述并網(wǎng)電流控制器的輸出量和所述直流電壓二次紋波抑制器的輸出量，經(jīng)過計(jì)算得到占空比變量，占空比信號與載波信號比較進(jìn)行載波調(diào)制，載波調(diào)制輸出單相并網(wǎng)逆變器中功率開關(guān)的PWM控制脈沖信號，該控制脈沖信號通過驅(qū)動電路來驅(qū)動單相光伏并網(wǎng)逆變器中功率開關(guān)的動作，即實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流和直流電壓二次紋波的控制。
【文檔編號】H02M7/48GK103490653SQ201310442151
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】張富洲, 王修龐, 郭旭, 李吉浩, 于晶榮, 陳莎, 李冬雪, 羅道軍 申請人:國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司