一種光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進的光伏并網(wǎng)逆變器電流環(huán)控制方法，屬于太陽能光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】其包括以下步驟：步驟1、通過市電電壓前饋得到電壓前饋控制量u1；步驟2、通過電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)獲取電流誤差Δi；步驟3、對電流誤差Δi進行分段，形成多個電流誤差段，每個電流誤差段采用不同的增益，經(jīng)過采用P控制器的電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)后，得到電流等效電壓占空比控制量u2；步驟4、獲得開關(guān)比較寄存器的指令值u_order。本發(fā)明控制方法實現(xiàn)簡單，不需要復(fù)雜的積分和微分系數(shù)整定，無需引入虛擬正交信號，避免了耗時的dp坐標變換，同時可有效降低輸出電流畸變，增強對電網(wǎng)畸變和諧波干擾的抵抗能力。
【專利說明】一種光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)逆變器的優(yōu)化控制，提出一種改進的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、大規(guī)模開發(fā)利用最有前景的可再生能源之一。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要趨勢，必將得到快速的發(fā)展。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，是新能源發(fā)電、微電網(wǎng)等與大電網(wǎng)之間的接口電路，其進網(wǎng)電流質(zhì)量控制是關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏并網(wǎng)逆變器通常包括基于高頻開關(guān)的PWM調(diào)制逆變拓撲、并網(wǎng)連接的L/LC/LCL低通濾波器、電壓電流信號檢測電路、逆變控制環(huán)以及驅(qū)動電路。電流控制的目的就是使逆變器向電網(wǎng)輸送高功率因素、低THD值的電流。目前，常用的逆變器電流環(huán)控制方法有電流滯環(huán)控制、比例積分微分控制(PID)、比例諧振控制(PR)、重復(fù)控制(RC)、電流模型預(yù)測控制(CMPC)等。這幾種控制方法各有優(yōu)劣，也有研究將多種控制方法結(jié)合起來形成復(fù)合控制法，取得了良好的電流控制性能。
[0003]PID控制是在反饋控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的控制方法，它通過獲取誤差來計算控制量，控制思想簡單。參數(shù)設(shè)計采用頻率分析、極點配置等方法。單相并網(wǎng)逆變器電流控制中，被控制量是交流信號，而PID控制無法對交流信號實現(xiàn)無靜差跟蹤，微分控制對擾動非常敏感，還需要引入虛擬正交信號，作dq變換后使用PID控制器，實現(xiàn)并網(wǎng)電流無靜差的效果。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，PID調(diào)節(jié)器的增益受到限制，系統(tǒng)在低頻段的開環(huán)增益較小，系統(tǒng)對輸出電流穩(wěn)態(tài)誤差和諧波的抑制能力不佳。同時，這種方法還易受電網(wǎng)電壓畸變和諧波干擾的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)PID電流控制技術(shù)的不足，提出了一種采用電流誤差信號分段比例控制的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法。該方法基于傳統(tǒng)的PID電流控制，去除對干擾信號敏感的微分分量，去除無法實現(xiàn)交流信號零靜差的積分分量。本發(fā)明操作簡單，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的控制要求下減小輸出電流的穩(wěn)態(tài)誤差，增強了對電網(wǎng)畸變和諧波干擾的抵抗能力，降低輸出電流THD值到5%以下。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，所述光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法采用電網(wǎng)電壓前饋以及電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其包括以下步驟:
[0007]步驟1、通過市電電壓前饋得到電壓前饋控制量U1 ；
[0008]步驟2、通過采用PI控制器的電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)獲取電流誤差Λ i，所述電流誤差Δ i為并網(wǎng)電流有效值指令I(lǐng)*乘以萬sin表，再與并網(wǎng)電流采樣值in比較后的差值；
[0009]步驟3、對電流誤差A(yù)i進行分段，形成多個電流誤差段，每個電流誤差段采用不同的增益，在保證電流控制量連續(xù)的情況下，經(jīng)過采用P控制器的電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)后，得到電流等效電壓占空比控制量U2 ；
[0010]步驟4、獲得開關(guān)比較寄存器的指令值u_order,該指令值u_order = UjU2。
[0011]所述步驟I中得到電壓前饋控制量^的方法是:將市電電壓傳感器測量得到的市電電壓前饋，在高頻開關(guān)作用下，逆變環(huán)節(jié)視為高增益小慣性環(huán)節(jié)，將市電電壓采樣值除以母線電壓采樣值，再乘以PWM模塊周期寄存器的值，以得到電壓前饋控制量Ul。
[0012]所述步驟2中并網(wǎng)電流有效值指令 為母線電壓穩(wěn)壓環(huán)PI控制量輸出。
[0013]所述PI控制量是將母線電壓采樣有效值和母線電壓穩(wěn)壓值之間的電壓誤差值經(jīng)過PI控制器控制獲得的。
[0014]所述步驟3中，電流等效電壓占空比控制量U2為經(jīng)過不同增益的P控制器，得到的電流控制量m與PWM模塊周期寄存器的值的乘積。
[0015]所述步驟3包括:
[0016]步驟31、得到多個電流誤差段的誤差分段節(jié)點，記為Cl，C2……cn，其中，η為誤差分段節(jié)點的個數(shù)，第X個誤差分段節(jié)點記為cx，η > 2，X≥n, ClriGn ;每個誤差分段節(jié)點對應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的比例增益，分別記為kPl，kp2……kpn，第X個誤差分段節(jié)點Cx對應(yīng)第X個比例增益 kpx,其中，kpn_!>kpn ；
[0017]步驟32、計算電流控制量m，其計算方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，所述光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法采用電網(wǎng)電壓前饋以及電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、通過市電電壓前饋得到電壓前饋控制量U1 ； 步驟2、通過采用PI控制器的電壓外環(huán)控制結(jié)構(gòu)獲取電流誤差Λ i，所述電流誤差A(yù)i為并網(wǎng)電流有效值指令I(lǐng)乘以^ sin表，再與并網(wǎng)電流采樣值in比較后的差值； 步驟3、對電流誤差A(yù)i進行分段，形成多個電流誤差段，每個電流誤差段采用不同的增益，在保證電流控制量連續(xù)的情況下，經(jīng)過采用P控制器的電流內(nèi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)后，得到電流等效電壓占空比控制量U2 ； 步驟4、獲得開關(guān)比較寄存器的指令值u_order,該指令值u_order = U^U20
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述步驟I中得到電壓前饋控制量U1的方法是:將市電電壓傳感器測量得到的市電電壓前饋，在高頻開關(guān)作用下，逆變環(huán)節(jié)視為高增益小慣性環(huán)節(jié)，將市電電壓采樣值除以母線電壓采樣值，再乘以PWM模塊周期寄存器的值，以得到電壓前饋控制量U1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述步驟2中并網(wǎng)電流有效值指令I(lǐng)為母線電壓穩(wěn)壓環(huán)PI控制量輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述PI控制量是將母線電壓采樣有效值和母線電壓穩(wěn)壓值之間的電壓誤差值經(jīng)過PI控制器控制獲得的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述步驟3中，電流等效電壓占空比控制量U2為經(jīng)過不同增益的P控制器，得到的電流控制量m與PWM模塊周期寄存器的值的乘積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述步驟3包括: 步驟31、得到多個電流誤差段的誤差分段節(jié)點，記為Cl，C2……cn，其中，η為誤差分段節(jié)點的個數(shù)，第X個誤差分段節(jié)點記為cx，η > 2，X≤n, ClriGn ;每個誤差分段節(jié)點對應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的比例增益，分別記為kPl，kp2……kpn，第X個誤差分段節(jié)點Cx對應(yīng)第X個比例增益kpx，其中，Iqv1Skpn ； 步驟32、計算電流控制量m，其計算方法為:
當 I Δ i I (C1 時，m = O ;
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述步驟31中，對誤差分段節(jié)點cx及其對應(yīng)的比例增益kpx進行整定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述整定的方法是:首先電流內(nèi)環(huán)采用定增益比例控制，然后逐漸增加比例系數(shù)，當調(diào)整到輸出電流到一定閾值時，記錄此刻的比例系數(shù)閾值kp和電流穩(wěn)態(tài)誤差絕對值最大值I AimaxI,令kPl =
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光伏并網(wǎng)逆變器電流控制方法，其特征在于，所述一定閾值為輸出電流位于超調(diào)和未超調(diào)之間的臨界值。
【文檔編號】H02J3/38GK104037800SQ201410217053
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】戴志威, 舒杰, 吳昌宏, 王浩, 張繼元, 吳志鋒 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所