單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制方法，具體地，涉及一種單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏陣列產(chǎn)生的電能為直流電，要并入電網(wǎng)必須通過逆變器實現(xiàn)。光伏陣列輸出的直流電可以直接接入逆變器，即所謂的單級控制。單級控制通常在有工頻變壓器或有較多光伏陣列串并聯(lián)時可以采用，控制方法較為復(fù)雜。而對于一般的光伏陣列而言，可采取兩級型控制，即先通過DC/DC電路，后再接入逆變器，控制可大為簡化。兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行應(yīng)該至少滿足以下兩個條件:(I)保持光伏陣列輸出最大功率；(2)保證并網(wǎng)電流與并網(wǎng)電壓同頻同相。
[0003]一般的兩級型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制常常存在最大功率點跟蹤不準(zhǔn)確，或逆變控制單位功率因數(shù)效果不佳的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其實現(xiàn)單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)良好的控制效果，不僅保證光伏陣列輸出最大功率，也能保證逆變電路的單位因數(shù)控制。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，當(dāng)該系統(tǒng)正常運行時，前級監(jiān)測器通過對光伏陣列輸出電壓和輸出功率的監(jiān)測，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率進行采樣，得到每個采樣時刻的電壓、功率值，傳輸至MPPT控制器進行運算處理；當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓采樣值增加而功率也增加時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動開關(guān)管，使得輸出電壓增加；同理，當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓值增加而功率采樣值減小時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)則通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動開關(guān)管使得輸出電壓減?。贿@樣，光伏陣列就可以保證時刻工作在最大功率點處；
[0007]步驟二，逆變電路的控制，后級監(jiān)測器采集到的光伏陣列的輸出功率和電網(wǎng)電壓的數(shù)據(jù)傳輸至逆變控制器，通過相關(guān)計算產(chǎn)生參考電流的幅值，電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)通過鎖相環(huán)產(chǎn)生參考電流的相位信號，同樣輸入逆變控制器，相乘得到參考電流信號，實際的并網(wǎng)電流與參考電流通過比較器和滯環(huán)、PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制逆變電路的開關(guān)管的通斷，最終實現(xiàn)實際并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟一采取干擾觀測法實現(xiàn)最大功率點跟蹤。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟二采用電壓電流雙閉環(huán)控制法。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟二實現(xiàn)逆變電流的單位功率因數(shù)控制。
[0011]優(yōu)選地，所述逆變電路的PWM驅(qū)動信號由實際并網(wǎng)電流和參考電流比較之后通過滯環(huán)比較器及PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:(1)對兩級型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，前級與后級控制方法簡單且相互獨立，硬件要求不高，可以分別進行控制。(2)前級boost電路實現(xiàn)MPPT (Maximum Power Point Tracking，最大功率點跟蹤)，采用干擾觀測法進行控制，以一定頻率比較每一時刻與上一時刻的電壓功率采樣值，根據(jù)計算結(jié)果產(chǎn)生該時刻的控制信號，計算簡單，準(zhǔn)確率高，在光照強度發(fā)生一定突變時也依然可以保證控制效果。
(3)后級逆變電路采用引入功率反饋的電壓電流雙閉環(huán)控制，根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)計算參考電流后，與實際并網(wǎng)電流比較，結(jié)合滯環(huán)電流法，得到逆變電路的控制信號，實現(xiàn)單位因數(shù)控制，并網(wǎng)電流波形穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)性能較好。(4)本發(fā)明的特點是前級與后級控制方法簡單且相互獨立，對硬件要求不高，且計算量小，準(zhǔn)確率高。
【附圖說明】
[0013]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0014]圖1為本發(fā)明應(yīng)用在單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的MPPT控制原理框圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的逆變電路控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
[0019]步驟一，當(dāng)該系統(tǒng)正常運行時，前級監(jiān)測器通過對光伏陣列輸出電壓和輸出功率的監(jiān)測，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率進行采樣，得到每個采樣時刻的電壓、功率值，傳輸至MPPT控制器進行運算處理；當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓采樣值增加而功率也增加時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM(Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調(diào)制)信號驅(qū)動開關(guān)管，使得輸出電壓增加；同理，當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓值增加而功率采樣值減小時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)則通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動開關(guān)管使得輸出電壓減??；這樣，光伏陣列就可以保證時刻工作在最大功率點處；
[0020]具體來說，前級boost電路采取干擾觀測法實現(xiàn)MPPT。本發(fā)明采用干擾觀測法實現(xiàn)光伏陣列的MPPT控制，其基本原理是假設(shè)某一時刻，對光伏陣列的輸出電壓施加一個很小的電壓擾動，若輸出功率增大，則電壓須向擾動的方向變化；同理，若輸出功率減小，則須調(diào)節(jié)輸出電壓向擾動的反方向變化。反復(fù)進行以上擾動過程，使電壓一直朝功率增加的方向變化，光伏陣列就能一直保持在最大功率點附近工作。設(shè)某一時刻采樣電壓與上一時刻電壓差值為AUk，此時刻采樣功率與上一時刻功率差值為APk，那么若AUk>0且APk> 0，則 Δ Uk+1> O ;若 Λ U k> O 且 Λ P k< 0，則 Δ U k+1< O ;若 Λ U k< 0 且 Λ P k> 0，則AUk+1< 0 ;若 AUk< 0 且 APk< 0，則 AUk+1> 0。綜上，若 AUkAPk> 0，則 AUk+1> O ；若AUkAPk<0，則AUk+1<0。因此，實際應(yīng)用時只需檢測系統(tǒng)在干擾下的電壓和功率的變化量，根據(jù)計算結(jié)果判斷下一時刻電壓變化的方向，產(chǎn)生相應(yīng)的功率管控制信號，其控制框圖如圖2所示?？梢?，采取這種方法，不僅可以自尋優(yōu)達到最大功率，而且計算簡單方便，在恒定溫度和光照強度均勻的條件下有較好的使用效果，精度很高。同時，在光照強度發(fā)生一定突變時，該方法也能保證良好的控制效果。
[0021]步驟二，逆變電路的控制，后級監(jiān)測器采集到的光伏陣列的輸出功率和電網(wǎng)電壓的數(shù)據(jù)傳輸至逆變控制器，通過相關(guān)計算產(chǎn)生參考電流的幅值，電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)通過鎖相環(huán)產(chǎn)生參考電流的相位信號，同樣輸入逆變控制器，相乘得到參考電流信號，實際的并網(wǎng)電流與參考電流通過比較器和滯環(huán)、PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制逆變電路的開關(guān)管的通斷，最終實現(xiàn)實際并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。
[0022]具體來說，后級逆變控制的控制采用電壓電流雙閉環(huán)控制法，并引入了功率反饋環(huán)節(jié)，結(jié)合滯環(huán)電流法產(chǎn)生逆變電路的控制信號，使控制更加快速精確，其框圖如圖3所示，其控制目標(biāo)是向電網(wǎng)注入穩(wěn)定、高品質(zhì)的正弦波交變電流，并與電網(wǎng)電壓同頻、同相位，以保證輸入功率因數(shù)為I。逆變電路的PWM驅(qū)動信號由實際并網(wǎng)電流和參考電流比較之后通過滯環(huán)比較器及PID (Proport1n-1ntegral-Differential，比例-積分-微分)環(huán)節(jié)產(chǎn)生。逆變電路的輸入功率本質(zhì)上是通過光伏陣列產(chǎn)生的，若忽略電能轉(zhuǎn)換過程中少量的能量損耗，輸入電網(wǎng)的功率應(yīng)等于光伏陣列產(chǎn)生的最大功率，所以在電流滯環(huán)環(huán)節(jié)中，輸入的參考電流幅值應(yīng)由電網(wǎng)電壓和光伏陣列的最大功率決定，結(jié)果更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。參考電流的相位要與電網(wǎng)電壓相同，則必須借助鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)。這樣，實際系統(tǒng)就構(gòu)成了包含功率反饋的電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電流的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，并網(wǎng)電流波形穩(wěn)定，并具有良好的動態(tài)性會K。
[0023]本發(fā)明在前級boost電路中實現(xiàn)MPPT控制，在后級逆變電路中實現(xiàn)逆變電流的單位功率因數(shù)控制，之后通過濾波電路并入單相電網(wǎng)。
[0024]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，當(dāng)該系統(tǒng)正常運行時，前級監(jiān)測器通過對光伏陣列輸出電壓和輸出功率的監(jiān)測，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率進行采樣，得到每個采樣時刻的電壓、功率值，傳輸至MPPT控制器進行運算處理；當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓采樣值增加而功率也增加時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動開關(guān)管，使得輸出電壓增加；同理，當(dāng)此時刻的電壓采樣值較上一時刻的電壓值增加而功率采樣值減小時，監(jiān)測器輸出的數(shù)據(jù)則通過MPPT控制器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動開關(guān)管使得輸出電壓減?。贿@樣，光伏陣列就可以保證時刻工作在最大功率點處； 步驟二，逆變電路的控制，后級監(jiān)測器采集到的光伏陣列的輸出功率和電網(wǎng)電壓的數(shù)據(jù)傳輸至逆變控制器，通過相關(guān)計算產(chǎn)生參考電流的幅值，電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)通過鎖相環(huán)產(chǎn)生參考電流的相位信號，同樣輸入逆變控制器，相乘得到參考電流信號，實際的并網(wǎng)電流與參考電流通過比較器和滯環(huán)、PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制逆變電路的開關(guān)管的通斷，最終實現(xiàn)實際并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟一采取干擾觀測法實現(xiàn)最大功率點跟蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟二采用電壓電流雙閉環(huán)控制法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟二實現(xiàn)逆變電流的單位功率因數(shù)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述逆變電路的PWM驅(qū)動信號由實際并網(wǎng)電流和參考電流比較之后通過滯環(huán)比較器及PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：當(dāng)該系統(tǒng)正常運行時，前級監(jiān)測器通過對光伏陣列輸出電壓和輸出功率的監(jiān)測，選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率進行采樣，得到每個采樣時刻的電壓、功率值，傳輸至MPPT控制器進行運算處理；逆變電路的控制，后級監(jiān)測器采集到的光伏陣列的輸出功率和電網(wǎng)電壓的數(shù)據(jù)傳輸至逆變控制器，電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)通過鎖相環(huán)產(chǎn)生參考電流的相位信號，同樣輸入逆變控制器，相乘得到參考電流信號，實際的并網(wǎng)電流與參考電流通過比較器和滯環(huán)、PID環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制逆變電路的開關(guān)管的通斷。本發(fā)明實現(xiàn)單相兩級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)良好的控制效果，不僅保證光伏陣列輸出最大功率，也能保證逆變電路的單位因數(shù)控制。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號】CN104682426
【申請?zhí)枴緾N201410727803
【發(fā)明人】徐曉灼, 王志新
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年12月3日