專利名稱：光伏并網逆變器復合控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種光伏并網逆變器。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展和技術的進步，能源問題已日益突出。煤、石油等非可再生能源的大量使用，不僅無法滿足可持續(xù)發(fā)展的目標，而且會對環(huán)境造成巨大的污染。以太陽能、風能、潮汐能等為代表的可再生能源，已成為未來發(fā)展新能源的重要方向。其中，太陽能光伏發(fā)電以其環(huán)保、高效、易于大規(guī)模利用等特點，受到了各國能源專家的高度重視。
作為產業(yè)化發(fā)展的重要組成部分，光伏并網發(fā)電系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。并網逆變器作為發(fā)電系統(tǒng)與市電網絡的接ロ，承擔著傳遞和轉換電能、提高輸出電能質量的重要作用。因而，其控制技術也日漸成為各國研發(fā)人員關注的焦點。然而，傳統(tǒng)的基于電壓電流雙閉環(huán)PI控制的逆變器控制方法雖然能夠在一定程度上滿足系統(tǒng)對控制性能的要求，但是由于電網擾動及開關器件非理想因素的影響，逆變器輸出電流總諧波畸變(THD)較大、波形質量變差。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術方案進行完善與改進，提供光伏并網逆變器復合控制方法，以達到優(yōu)化逆變器輸出電波、保證系統(tǒng)動態(tài)性能的目的。為此，本發(fā)明采取以下技術方案。光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于它包括以下步驟I)檢測直流母線電壓和逆變器輸出三相電流；2)根據直流母線電壓計算d軸電Xkpv + &),式中i*d為d軸電流
參考值，u*dc、Udc分別為直流母線電壓參考值和實測值；kpv、kiv分別為電壓調節(jié)器比例系數和積分系數；3)將逆變器輸出的三相電流做三相旋轉變換得到d軸和q軸的電流實測值；4) d軸和q軸的電流實測值與d軸和q軸的電流參考值作差，得到電流差值；5)PI控制模塊、諧振控制模塊、重復控制模塊根據電流差值分別計算得到PI控制電壓補償值、用于抑制諧波的諧振控制電壓補償值、用于抑制重復性擾動的重復控制電壓補償值；6) PWM控制模塊根據PI控制電壓補償值、諧振控制電壓補償值、重復控制電壓補償值三者的疊加結果生成PWM調制波以控制功率開關器件動作。采用PI控制、重復控制及諧振控制相結合的復合控制器，該控制器不僅能夠實現對特定次諧波的抑制，還能夠實現對光伏發(fā)電系統(tǒng)中所存在的周期性擾動的抑制；同時，借助重復控制器中的相位超前環(huán)節(jié)，可以補償諧振控制器的相位滯后，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；此夕卜，通過合理選用重復控制器，可以實現系統(tǒng)動態(tài)性能的改善。
作為對上述技術方案的進ー步完善和補充，本發(fā)明還包括以下附加技術特征。直流母線電壓參考值為640V，q軸的電流參考值為零。逆變器主電路包括升壓電路、三電平逆變電路、濾波電路。所述的升壓電路包括濾波電容、電感、開關管、第一ニ極管及第ニニ極管，濾波電容的兩端分別與輸入源正、負極連接，所述的電感一端與正極連接，另一端與第一ニ極管的正極連接，開關管的源極與第一ニ極管正極相連，漏極與輸入源負極連接，第二ニ極管的正極與開關管的漏極相連，其負極與開關管的源極相連，第一ニ極管的負極連接三電平逆變電路的輸入端。所述的三電平逆變電路包括第一電容、第二電容、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第三ニ極管、第四ニ極管，第一電容、第二電容串聯后跨接在直流母線兩端，三電平逆變電路包括三橋臂，每相橋臂設第一、第二、第三、第四開關管，四開關管依 次串聯后跨接在直流母線兩端，每ー開關管的源極和漏極之間并聯一正極與漏極相連的ニ極管；每相橋臂均設有兩串聯的第三、第四ニ極管，第三ニ極管的負極與第一開關管的漏極相連，第四ニ極管的正極與第三開關管的漏極相連，每相橋臂中點引出相線形成A、B、C三相線，相線串聯濾波電感后接入三相電網。PI控制模塊、諧振控制模塊、重復控制模塊、PWM控制模塊均設于ー控制器中，控制器根據檢測輸入源兩端電壓、輸出電流，電網三相電壓及逆變器輸出三相電流，生成升壓電路和三電平逆變電路的驅動脈沖分別送至開關管，同時判斷逆變器是否存在故障以保證電路的正常工作。
K s諧振控制模塊傳遞函數為 ⑷=L 2 η、，,式中，h為諧波階次，
W,2,3..メ +(ηω0)
Kih為諧振増益，Qci為エ頻角頻率。重復控制模塊傳遞函數為
「 . 二―棚 7 0.2789: + 0.1775R(Z) ニ--TST-^ -
1-0.95 ニ4w r- -0.8073z +0.2638有益效果本技術方案采用PI控制、重復控制及諧振控制相結合的復合控制器，該控制器不僅能夠實現對特定次諧波的抑制，還能夠實現對光伏發(fā)電系統(tǒng)中所存在的周期性擾動的抑制；同時，借助重復控制器中的相位超前環(huán)節(jié)，可以補償諧振控制器的相位滯后，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；此外，通過合理選用重復控制器，可以實現系統(tǒng)動態(tài)性能的改善。


圖I為三相三線制三電平光伏并網逆變器拓撲結構圖。圖2為逆變器單相等效電路圖。圖3為d軸電流雙閉環(huán)控制程序流程圖。圖4為光伏電池并網發(fā)電電壓電流波形。圖5為逆變器輸出電流震蕩。圖6為d軸電流復合控制控制程序流程圖。圖7為控制器優(yōu)化前逆變器輸出電流波形。圖8為控制器優(yōu)化后逆變器輸出電流波形。
具體實施例方式以下結合說明書附圖對本發(fā)明的技術方案做進ー步的詳細說明。如圖I所示，逆變器主電路包括升壓電路、三電平逆變電路、濾波電路。升壓電路包括濾波電容cb、電感Lb、開關管Tb、第一ニ極管Db及第ニニ極管Dbtl,濾波電容Cb的兩端分別與輸入源正、負極連接，所述的電感Lb—端與正極連接，另一端與第一ニ極管Db的正極連接，開關管Tb的源極與第一ニ極管Db正極相連，漏極與輸入源負極連接，第二ニ極管Dm的正極與開關管Tb的漏極相連，其負極與開關管Tb的源極相連，第一ニ極管Db的負極連接三電平逆變電路的輸入端。三電平逆變電路包括第一電容C1、第二電容C2、第一開關管S1、第ニ開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第三ニ極管D5、第四ニ極管D6，第一電容C1、第二電容C2串聯后跨接在直流母線兩端，三電平逆變電路包括三橋臂，每相橋臂設第一、第二、第三、第四開關管S1. S2、S3、S4,四開關管依次串聯后跨接在直流母線兩端，每ー開關管的源極和漏極之間并聯一正極與漏極相連的ニ極管；每相橋臂均設有兩串聯的第三、第四ニ極管D1, D6，第三ニ極管D5的負極與第一開關管S1的漏極相連，第四ニ極管D6的正極與第三開關管S3的漏極相連，每相橋臂中點引出相線形成A、B、C三相線，相線串聯濾波電感后接 入三相電網。圖I中，假設uabe、iabc;、eab。分別為逆變器輸出相電壓、相電流以及電網相電壓;L為濾波電感，R為濾波電感與線路等效電阻之和。逆變器單相等效電路如圖2所示，設電流方向為從逆變器流入電網為正方向，根據基爾霍夫電路理論，可得三相并網逆變器在兩相旋轉坐標系dq下的控制方程為
權利要求
1.光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于它包括以下步驟1)檢測直流母線電壓和逆變器輸出三相電流；2)根據直流母線電壓計算d軸電流參考值，ζニ (Uc-UdcXkp + 1^-)，式中rd為d軸電流參考值，u*dc、Udc分別為直流母線電壓參考值和實測值；kpv、kiv分別為電壓調節(jié)器比例系數和積分系數；3)將逆變器輸出的三相電流做三相旋轉變換得到d軸和q軸的電流實測值；4)d軸和q軸的電流實測值與d軸和q軸的電流參考值作差，得到電流差值；5)PI控制模塊、諧振控制模塊、重復控制模塊根據電流差值分別計算得到PI控制電壓補償值、用于抑制特定次諧波的諧振控制電壓補償值、用于抑制重復性擾動的重復控制電壓補償值；6)PWM控制模塊根據PI控制電壓補償值、諧振控制電壓補償值、重復控制電壓補償值三者的疊加結果生成PWM調制波以控制功率開關器件動作。
2.根據權利要求I所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于直流母線電壓參考值為640V，q軸的電流參考值為零。
3.根據權利要求I所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于逆變器主電路包括升壓電路、三電平逆變電路、濾波電路。
4.根據權利要求3所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于所述的升壓電路包括濾波電容(Cb)、電感(Lb)、開關管(Tb)、第一ニ極管(Db)及第ニニ極管(Dbtl),濾波電容(Cb)的兩端分別與輸入源正、負極連接，所述的電感(Lb) —端與正極連接，另一端與第一二極管(Db)的正極連接，開關管(Tb)的源極與第一ニ極管(Db)正極相連，漏極與輸入源負極連接，第二ニ極管(Dm)的正極與開關管(Tb)的漏極相連，其負極與開關管(Tb)的源極相連，第一ニ極管(Db)的負極連接三電平逆變電路的輸入端。
5.根據權利要求4所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于所述的三電平逆變電路包括第一電容(C1)、第二電容(C2)、第一開關管(S1)、第二開關管(S2)、第三開關管(S3)、第四開關管(S4)、第三ニ極管(D5)、第四ニ極管(D6),第一電容(C1),第二電容(C2)串聯后跨接在直流母線兩端，三電平逆變電路包括三橋臂，每相橋臂設第一、第二、第三、第四開關管(S1. S2, S3、S4)，四開關管依次串聯后跨接在直流母線兩端，每ー開關管的源極和漏極之間并聯一正極與漏極相連的ニ極管；每相橋臂均設有兩串聯的第三、第四ニ極管(DpD6),第三ニ極管(D5)的負極與第一開關管(S1)的漏極相連，第四ニ極管(D6)的正極與第三開關管(S3)的漏極相連，每相橋臂中點引出相線形成A、B、C三相線，相線串聯濾波電感后接入三相電網。
6.根據權利要求I所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于PI控制模塊、諧振控制模塊、重復控制模塊、PWM控制模塊均設于ー控制器中，控制器根據檢測輸入源兩端電壓、輸出電流，電網三相電壓及逆變器輸出三相電流，生成升壓電路和三電平逆變電路的驅動脈沖分別送至開關管，同時判斷逆變器是否存在故障以保證電路的正常工作。
7.根據權利要求I所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于諧振控制模塊K· V傳遞函數為メ2-, ~~n~，式中，h為諧波階次，Kih為諧振增益，COtl為エ頻角頻率。
8.根據權利要求I所述的光伏并網逆變器復合控制方法，其特征在于重復控制模塊傳遞函數為
全文摘要
光伏并網逆變器復合控制方法，涉及一種光伏并網逆變器。傳統(tǒng)逆變器控制方法，逆變器輸出電流總諧波畸變較大、波形質量差。本發(fā)明特征在于它包括以下步驟檢測直流母線電壓和逆變器輸出三相電流；根據直流母線電壓計算d軸電流參考值；將逆變器輸出的三相電流做變換得到d軸和q軸的電流實測值；得到電流差值；PI控制模塊、諧振控制模塊、重復控制模塊根據電流差值分別計算得到PI控制電壓補償值、諧振控制電壓補償值、重復控制電壓補償值；PWM控制模塊根據PI控制電壓補償值、諧振控制電壓補償值、重復控制電壓補償值三者的疊加結果生成PWM調制波。本技術方案抑制特定次諧波、周期性擾動，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動態(tài)性能。
文檔編號H02J3/38GK102832840SQ201210292508
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者卞松江, 張國月 申請人:臥龍電氣集團股份有限公司, 臥龍電氣集團杭州研究院有限公司