CN101841160A - 一种太阳能光伏发电并网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种属于太阳能光伏发电领域的太阳能光伏发电并网控制方法。其特征是以直流母线的恒电压控制为基本出发点，通过调节DC/DC变换器的PWM占空比来调节光伏电池的输出电压和电流，实现光伏电池最大输出功率点的跟踪控制；另一方面，通过调节DC/AC并网逆变器的输出电流，维持直流母线电压恒定的同时实现光伏发电系统的稳定并网运行。上述光伏电池最大功率点跟踪控制的要点是利用3点或3点以上采样光伏电池的输出电压、电流，获得其功率-电压矢量的变化轨迹，将该轨迹与事先设定的变化模式进行匹配，决定输出电流的调整方向。而并网运行则是利用测得的电网电压幅值、相位和频率信息，调节逆变器PWM占空比，使系统发出的电压和电网同步。再利用逆变器输出电流的高速反馈，恒定直流母线电压，从而使系统馈入电网的功率最大限地接近太阳电池发出的功率。

Description

一种太阳能光伏发电并网控制方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及一种太阳能光伏电池板最大功率点发电并网控制的方法。

背景技术

太阳能发电作为21世纪新能源革命的主要方式之一正日益受到重视，独立太阳能发电系统和兆瓦级太阳能并网发电已开始从实验室走向实际应用，为解决边远地区、孤立岛屿的用电以及在更大意义上缓解我们对传统石化能源发电和原子能发电的依赖正在发挥越来越大的作用。

太阳能发电的关键设备是太阳能光伏电池板，光伏电池将吸收的太阳光能转换为直流电能，很多个光伏电池的串并联构成一块电池板，再由这些电池板的串并联提供足够的电能。目前，作为制造光伏电池的主要原料的多晶硅成本依然很高，而且光电转换效率很低，导致太阳能光伏发电的成本比传统发电高出很多，阻碍了太阳能发电的普及利用。但从纵向来看，太阳能发电的成本已从数年前传统电价的8～10倍降到了现在的2倍左右，可以说大规模太阳能发电的时代即将到来。

为了最大限度地利用太阳能发电，系统需要解决二个主要问题：光伏电池最大功率跟踪控制(MPPT：Maximum Power Point Tracking)和并网控制(GCC：GridConnecting Control)。虽然最大功率控制问题已经有很多的专利文献提出了不少的解决方法，并网技术也是一门非常成熟的技术，但将两者有效地结合起来应用于太阳能光伏发电系统，这方面的研究成果和实用方法还比较少。

本发明基于能量守恒的基本思想，通过调节并网逆变器的输出电流，让逆变器的输出功率与太阳能光伏电池板的发出功率相平衡，而光伏电池的功率则由DC/DC变换器调节控制保持在最大输出状态，从而使整个系统始终能向电网馈出当前日照条件下的最大电能。

发明内容

本发明旨在提供一种在各种日照量变化和温度变化条件下均能使太阳能发电系统工作在其最大功率点并稳定并网运行的控制技术。其特征在于包括下列内容：

(1)在如图1所示由太阳能光伏电池板1、DC/DC变换器2、DC/AC逆变器3、交流滤波器4、输出控制器5、隔离变压器6和微处理控制器7等构成的光伏发电系统中，采用等时间间隔3点采样太阳电池的输出电压和电流，获得2个输出功率-电压矢量。

(2)上述(1)中的功率-电压矢量是指在如图2所示的光伏电池功率-电压曲线上，任意二点功率变化可用功率-电压(P-V)坐标系中如图3所示的8个矢量和一个零矢量来表示，矢量起点为上一时刻采样点，终点为当前时刻采样点。相邻2个功率变化矢量的组合共可形成图4所示的16种典型变化模式。光伏电池输出电流依据这16种模式来调整。在控制精度要求更高的场合，还可由3个或3个以上的功率-电压矢量组合成更多的变化模式。这些模式能够正确表现出光伏电池在日照量一定和日照量变化及温度和负载变化时的系统输出功率的调节方法。

(3)控制系统将前述(1)中的2个或2个以上的输出功率-电压矢量与前述(2)中的模式进行匹配，决定太阳电池输出电流的调整方向，输出电流变化的大小由式(1)所示的单步功率变化量除以单步直流电压变化量来计算得到。即有：

$\mathrm{\ΔI}=K\left|\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ΔV}}\right|---\left(1\right)$

式中ΔI为下一步控制系统输出电流的变化量；ΔP为单步功率变化量；ΔV为单步直流电压变化量，K为调整系数。

(4)上述逆变器输出电流的调整可以采用固定时间间隔或不固定时间间隔的方式进行，从简化控制算法的角度通常采用固定时间间隔方式，例如50msec。当然这个时间间隔可以根据控制精度要求被设置为1个载波周期或复数个载波周期。

(5)上述电压和电流的采样在每个载波周期内采样1次或多次，取其平均值计算输出功率。

本发明的有益效果是，通过检测3次或3次以上采样形成的2个或2个以上功率-电压矢量的变化，使系统能正确地应对日射量等诸条件的急速变化，大大减少系统误判断误动作的概率，确保系统能迅速和安定运行在太阳电池最大输出功率点上。

附图说明

图1是太阳能光伏发电并网系统构成图；

图2是太阳能光伏电池的伏安特性曲线；

图3是太阳能光伏电池的功率特性曲线；

图4是太阳能光伏电池输出功率变化在功率-电压坐标系中的矢量表示；

图5是相邻2个功率矢量组合形成的16种变化模式和与其对应的太阳电池输出电流调节方法图。

图6是三相电压旋转矢量坐标变化图。

图7是电网电压相位角和旋转角频率推定示意图。

图8是并网逆变器电流坐标变换图。

图9是并网逆变器PWM占空比计算框图。

图10是直流母线定电压控制算法框图。

具体实施方式

(1)太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板1、DC/DC变换器2、DC/AC逆变器3、AC滤波器4、输出开关5、微处理控制器6和电压互感器7等构成。光伏电池板1吸收光能，输出直流电；DC/DC变换器将光伏电池发出的直流电转换为并网逆变器所需的直流电压，典型的实现方法是采用直流升压电路，其中平滑电容用于平滑升压后的直流电压，缓冲直流变换电路中电能的急剧变化；逆变器3包含4个或6个半导体开关，由微处理控制器6来驱动其栅极，将前述DC/DC变换器2供给的直流电压变换为与电网电压幅值、频率、相位和相序均相同的交流电压；AC滤波器4主要是滤除逆变器3输出电流的谐波成分，减少发电系统对电网的污染；输出开关5用于系统并网的投入和切断控制，一般使用电磁开关ELB，或者门极可关断晶闸管(GTO)或双方向可控硅；电压互感器6(隔离变压器或电压传感器)主要是用于获取电网电压的幅值、频率、相位情报，作为参考电压控制逆变器的输出，使逆变器输出电压始终保持与电网电压同步；微处理器6检测太阳电池板1的输出电压和电流，同时检测电网电压和逆变器输出电流，以执行MPPT算法和实施并网控制。

(2)实施例1：在实施MPPT算法和实施并网控制时，本发明以微处理器6检测太阳电池板1的输出电压和电流，执行MPPT算法以调节太阳电池板1的输出电流也即DC/DC变换器2的输入电流(下文简述为太阳电池板1的输出电流)，使太阳电池板1的输出功率保持在当前光照强度下的最大值。另一方面，微处理器6检测电网电压和逆变器输出电流，以实施逆变器3的并网控制，同时检测直流母线电压，执行直流母线定电压控制算法以调节逆变器3的并网输出电流的大小，以达到控制直流母线电压为事先指定的电压值的目的。

(3)实施例2：在实施MPPT算法和实施并网控制时，本发明以微处理器6检测电网电压和逆变器输出电流以实施并网控制，同时微处理器6检测太阳电池板1的输出电压和电流，执行MPPT算法以调节并网控制时逆变器3的输出电流大小。另一方面，微处理器6检测直流母线电压，执行直流母线定电压控制算法，通过调节太阳电池板1的输出电流大小的手段以达到控制直流母线电压为事先指定的电压值的目的。

(4)实施例1的总体思路是，从DC/DC变换器2的角度出发，首先将逆变器3的功能规定为一台与电网并网联接的直流电压源。这个直流电压源的任务是并网后通过快速调节逆变器3的输出电流，保持直流母线上的直流电压恒定不变。因此，MPPT控制算法在控制太阳电池板1的输出电流时，逆变器3的直流母线定电压控制和并网控制动作将保持相对独立性，有效地保证整个系统的协调动作。

(5)实施例2的总体思路是让并网逆变器3的输出功率始终追随太阳电池板1的输出功率。因为电网电压可以认为基本上恒定的，所以太阳电池板1的输出功率可以近似地认为与逆变器3的输出电流成正比。通过调节逆变器3的输出电流，使光伏电池工作在其最大功率点，从而实现光伏系统最大功率点的并网运行。在此例中，MPPT的控制算法模块包括逆变器3输出电流控制和光伏电池板1最大功率控制，直流母线的定电压控制通过改变DC/DC变换器2的占空比来实现。

(6)在本发明中，上述MPPT控制算法、直流母线定电压控制算法和并网控制算法均是一个独立模块，该模块可以通过计算机编程形成，也可由硬件电路组成。其中并网控制算法用于控制并网变频器，而MPPT控制算法和直流母线定电压控制算法则根据控制系统的构成，在实施例1和实施例2中可以灵活组合以分别控制太阳电池板1的输出电流和逆变器3的并网输出电流。

(7)在下文中描述MPPT控制算法时，以实施例1进行说明，因此MPPT控制算法的结果为太阳电池板1的输出电流指令值。但是本发明的MPPT控制算法同样适合实施例2，此时MPPT控制算法的结果为逆变器3的并网输出电流指令值。

(8)下面对MPPT控制算法、直流母线定电压控制算法和并网控制算法分别加以描述。

(9)系统运行时，首先在相同时间间隔内连续3次采样光伏电池输出电压和电流，生成2个功率-电压矢量。

(10)根据图3所示光伏电池的功率-电压特性曲线，在不同光照强度和温度等条件下，功率-电压矢量有8种变化方向(V1～V8)。这8个矢量的两两之间共可组成16种典型的变化模式。图中实线表示当前采样时的功率-电压矢量，虚线表示上次采样时的功率-电压矢量。+Io表示增加太阳电池板1的输出电流，-Io表示减小太阳电池板1的输出电流，0表示维持太阳电池板1的输出电流不变。

(11)Ⅰ象限中的矢量V2表示光伏电池的输出功率和电压都在增加，光伏电池工作在图3功率特性曲线的左侧，并处于爬山状态。此时需提升太阳电池板1的输出电流，使光伏电池输出功率继续增加，最后在最大功率点上取得功率的平衡。

(12)Ⅱ象限中的矢量V4表示光伏电池的输出功率在增加但电压在减小。光伏电池工作在图3功率特性曲线的右侧，也处于爬山状态。此状态因为光伏电池的电压高于最大功率点所对应的电压，需要较大幅度地提升太阳电池板1的输出电流以便使光伏电池电压快速下降的同时，电池输出功率快速增加，使光伏电池工作点快速向最大功率点移动。

(13)Ⅲ象限中矢量V6表示光伏电池的输出功率和电压都在减小，光伏电池工作在图3功率特性曲线之左侧，处于下山状态。此时需要降低太阳电池板1的输出电流，使光伏电池输出电压和输出功率反方向上升，回复到最大功率点位置。

(14)Ⅳ象限中矢量V8表示光伏电池的输出功率在减小但输出电压在增大，光伏电池工作在图3特性曲线的右侧，也处于下山状态。此种情形需要较大幅度地增加太阳电池板1的输出电流，这样可促使光伏电池电压降低，并同时获得输出功率的提升。

(15)矢量V1和V5表示光伏电池的输出功率不变但电压在升高或降低。光伏电池工作在图3特性曲线的顶点附近。此时只要适当地调节DC/DC升压环节，使系统平衡在最大工作功率点，维持太阳电池板1的输出电流不变即可。

(16)矢量V3和V7表示光伏电池在恒电压运行时输出功率发生了变化。典型的例子就是日照强度改变了，光伏电池工作点从图3中一根特性曲线跳变到另一根曲线。此时需要跟随日照强度变化的大小，相应地增减太阳电池板1的输出电流，追踪新的最大功率点，并使系统稳定在各特性曲线的最大功率点上。

(17)从以上分析可以看出，理论上根据光伏电池输出功率电压的2次采样数据构成的1个矢量的变化轨迹，也基本上可以对太阳电池板1的输出电流的增减方向和大小作出判断。但在实际应用中，由于日照强度、温度和其他一些因素的影响，存在判断不及时或误判断的可能性。而并网运行对光伏系统的实时响应特性有很高的要求，因此，采用前次、上次和当前3次采样数据构成的2个矢量来决定太阳电池板1的输出电流的增减是比较理想的。

(18)如图5所示，上述2个矢量所组成的模式可以有效的确定DC/DC变换器2的输入电流的增减方向甚至输出电流的增减大小值。由于多个矢量所组成的模式具有实际的物理意义和代表了当前更为准确的光伏电池的运行状态，尤为重要的是这些模式可以被控制系统的运算单元实时动态地判断，使得整个MPPT控制变得更为准确、抗干扰性更强。

(19)当然，太阳电池板1的输出电流的增减大小值还可以由光伏电池的单步功率变化量除以单步直流电压变化量来判断。即有：

$\mathrm{\ΔI}=K\left|\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ΔV}}\right|---\left(1\right)$

式中ΔI为下一步太阳电池板1的输出电流指令值的变化量；ΔP为光伏电池的单步功率变化量；ΔV为单步直流电压变化量，K为调整系数。

(20)由上式可以得到下一步太阳电池板1的输出电流指令值为：

I^* _out(k+1)＝I^* _out(k)+ΔI                (2)

式中I^* _out为太阳电池板1的输出电流指令值，括号内k代表当前时刻，k+1代表下一时刻。

(21)最后，太阳电池板1的输出电流通过一个高速电流反馈来进行控制。由于图1中所给出的DC/DC变换器2是一个单纯的升压装置，在其输出直流电压恒定的前提下，其输入电流(也即太阳电池板1的输出电流)与IGBT的占空比呈非线性的正比关系。所以，电流反馈控制可以通过下式进行：

D＝G_pε_i+G_I∫ε_idt            (3)

式中

为太阳电池板1的输出电流指令值，I_{out_f}为太阳电池板1的实际输出电流的采样值。G_P和G_I分别为电流控制的比例积分增益值。D为DC/DC变换器2的占空比。

(22)通过占空比D，可以很简单地得到DC/DC变换器2的PWM波形，从而控制IGBT的ON/OFF动作。

(23)另一方面，逆变器3的的并网控制需要判断电网电压的相位、相序、频率和幅值。

(24)如图6所示，运算单元6首先按固定的采样周期，通过前述电压传感器7采样电网的三相电压瞬时值。

(25)在本发明中，采样周期的最佳实施方案为逆变器3的载波周期。当然采样周期也可以是1/2载波周期、复数个载波周期或预先定好的与载波无关的时间周期，但是此时并网电流控制所用到的相位角则需要相应的插值运算，以保证电流波形。

(26)上述采样周期至少设定为电网50Hz或60Hz电压周期的32分之一。采样周期越短，并网电流控制的动态性能越好，整个系统的跟踪能力也越强。

(27)电网电压的相位角可由下式计算得到。

${\mathrm{\θ}}_s=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{\β}}}{V_{\mathrm{\α}}}\right)+\mathrm{n\π}---\left(4\right)$

式中，n为相位角判断系数，当两相电压V_α和V_β构成的电压矢量在第一象限时，n＝0；电压矢量在第二象限时，n＝1；电压矢量在第三象限时，n＝1；电压矢量在第四象限时，n＝2；

(28)上述相位角含有电磁噪声所带来的毛刺，需要用数字滤波器将其过滤，得到真正的数值。本发明使用最小二乘法作为数字滤波器，这里，以32位最小二乘法作一说明。

(29)根据过去31点已知相位角，第32点相位角可推测为：

${\mathrm{\θ}}_{32}=\frac{3\underset{n=1}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}(n\·{\mathrm{\θ}}_n)-31\underset{n=0}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_n}{496}---\left(5\right)$

(30)然后运算单元将比较实测值和推测值，如果实测值和推测值的差的绝对值不超过事先所定阈值，则认为实测值正确，作为最新数据记录，并在本次并网控制中使用该值。如果实测值和推测值的差的绝对值超过了事先所定阈值，则查看噪声计数器，噪声计数器小于连续出错值N(这里暂定为3)，则认为实测值含有噪声，舍弃本次数值，将推测值作为真值记录并使用；如果噪声计数器大于N，则认为电网发生突变并报警，此时认为实测值为真值记录并使用，上位控制逻辑将凭借突变报警信号决定继续运行与否。

(31)通过上述数学处理，可得到相当准确的电网电压相位角。电网频率可以根据电网电压相位角的差分运算得到：

$f_s=\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_s}{2\mathrm{\π\ΔT}}---\left(6\right)$

这里，Δθs为采样两点之间的角度差，角度单位为弧度，ΔT则为采样两点之间时间差。

(32)上述计算式中的采样两点可以取时间链上相邻两点。为了消除噪声影响，本发明采用32位最小二乘法所记录的32点间第一点和最后一点。因此，电网频率可由下式计算得到：

$f_s=\frac{{\mathrm{\θ}}_{s\left(32\right)}-{\mathrm{\θ}}_{s\left(1\right)}}{62\mathrm{\π}{T}_s}---\left(7\right)$

这里，Ts为采样周期。

(33)上述计算式中如果频率为负数，说明相序反了，控制系统可以选择报警，停机或继续运行等处理方法。

(34)电网相间电压的有效值为：

$V_{\mathrm{RMS}}=-\sqrt{{V_{\mathrm{\α}}}^2+{V_{\mathrm{\β}}}^2}---\left(8\right)$

(35)上述计算得到的电网相间电压有效值通过移动平均法或单纯平均法，或数字式一次或二次低通滤波器处理后，可以得到更高的可靠性。

(36)由上述方法，本发明得到了并网控制中至关重要的电网电压的相位、频率和有效值等信息。

(37)然后，按照图6所定义的，将dq旋转坐标系的q轴定位于电网电压矢量处，并且定义dq旋转坐标系的旋转速度与电网电压矢量同步。由此，如图7所示，可作(α、β)到(d、q)的坐标变换，得到电网电压的d轴电压Vd和q轴电压Vq。

(38)同时，演算装置将通过没有在图中给出的三相或两相电流传感器，采样到三相交流输出电流瞬时值。并对其作坐标变换，如图8所示，先作三相到(α、β)的3/2坐标变换，再作(α、β)到(d、q)的坐标变换，得到电网电流的d轴电流i_Ld和q轴电流i_Lq。

(39)最后，按照如图9所示，分别按照电流指令值对d轴电流i_Ld和q轴电流i_Lq加以高速电流控制。图9中ACRD和ACRQ为PI反馈控制，分别生成得到d轴输出电压V^*d和q轴输出电压V^*q。这里，在输出功率因数为1的前提下，d轴电流指令值为0；但在需要调节功率因数的情况下，d轴电流指令值可根据输出功率因数数值的要求和此时的q轴电流指令值，按照三角函数计算(这里省略具体计算公式)，做适当的正负调节。而q轴电流指令值则来自上位控制器。当上位控制器为直流母线定电压控制时，q轴电流指令值为直流电压反馈控制器的输出值；而当上位控制器为MPPT控制时，q轴电流指令值为MPPT控制器所输出的代表光伏电池输出的电流值。

(40)然后，d轴输出电压V^*d和q轴输出电压V^*q作直流/交流逆变换，便可得到三相输出电压指令值，折算到三相占空比后，可直接输出三相占空比到逆变器，或者进一步计算出三相PWM波形后输出PWM信号到逆变器，以控制并网逆变器的开关动作。

(41)接下来将详细描述直流定电压控制模块。首先，运算装置根据当前的交流电压值，计算出并网时所需最低直流电压：

单相并网： $V_{\mathrm{DC}0}=\sqrt{2}\·(V_{\mathrm{uw}}+{2I}_{\mathrm{inv}}{R}_L)+2\·V_{\mathrm{ce}\left(\mathrm{sat}\right)}---\left(9\right)$

三相并网： $V_{\mathrm{DC}0}=\sqrt{2}\·(\frac{2\·V_{\mathrm{uw}}}{\sqrt{3}}+{2I}_{\mathrm{inv}}{R}_L)+2\·V_{\mathrm{ce}\left(\mathrm{sat}\right)}---\left(10\right)$

这里，V_DC0为并网时所需最低直流电压，Vuw为相间电压有效值，I_inv为变频器输出电流，R_L为LC滤波器的电阻，V_ce(sat)为IGBT的CE间的饱和电压压降。

(42)然后在最低直流电压的基础上适当考虑余量后决定直流电压指令值V^* _DC。这里，直流电压指令值V^* _DC可简单按最低直流电压分段变化，例如，当交流电压低于220V时，直流电压指令值V^* _DC定为685V；当交流电压高于220V小于230V时，直流电压指令值V^* _DC定为720V；当交流电压高于230V小于240V时，直流电压指令值V^* _DC定为760V。

(43)另外，也可以按照下面公式实时计算直流电压指令值V^* _DC：

$V_{\mathrm{DC}}^{*}=V_{\mathrm{DC}0}+V_{\mathrm{hys}}---\left(11\right)$

这里，V_DC0为计算式9或10计算所得，V_hys为一固定数值。

(44)运算装置通过在图中没有显示的直流电压传感器，采样到此时的直流母线电压。然后按照图10所示，进行由式(12)所示的电压PI演算，得到电流指令值。这个电流指令值按照上文描述，随着模式的不同，可以是变频器的并网输出电流值，也可以是DC/DC变换器输出电流的指令值。

$I_{\mathrm{INV}}^{*}=k_p{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{DC}}+k_i{\∫\mathrm{\δ}}_{\mathrm{DC}}\mathrm{dt}---\left(12\right)$

其中，ε_DC＝V^* _DC-V_DC为直流母线电压之误差，k_p、k_i为PI控制的比例积分增益值。

(45)另外，尽管至此为止说明了本发明的实施形态，但是本发明并不受上述实施形态的限制，在本文中描述的技术思想的范围内，当然也可以用其它各种不同类型的形态实施本发明。

Claims (12)

1.一种具有自动跟踪光伏电池最大功率点的太阳能光伏发电并网系统，该系统包括如图1所示的太阳能光伏电池板1、用于直流升压的DC/DC变换电路2、将直流变为交流的DC/AC逆变器3、交流滤波器4、并网开关5、微处理控制器6和电压互感器7等构成，并网对象为商用三相/单相电网或多种形式组合的独立发电系统。其特征是前述太阳能光伏发电系统通过3点或3点以上的多点采样方式检出光伏电池的电压和电流，计算得到2个或多个功率-电压矢量，再利用2个或多个功率-电压矢量的模式匹配，控制太阳电池输出电流和逆变器输出电流，使系统并网功率与太阳电池的最大功率相平衡，达到在并网运行时光伏电池工作在其最大功率点上。

2.在实施权利要求项(1)所述的太阳电池最大功率点跟踪(MPPT)控制和并网控制时，本发明特征为以微处理器6检测太阳电池板1的输出电压和电流，执行MPPT算法以调节太阳电池板1的输出电流也即DC/DC变换器2的输入电流，使太阳电池板1的输出功率保持在当前光照强度下的最大值。另一方面，微处理器6检测电网电压，以实施逆变器3的并网控制，同时检测直流母线电压，执行直流母线定电压控制算法以调节逆变器3的并网输出电流的大小，以达到控制直流母线电压为事先指定的电压值的目的。

3.在前述权利要求项目中，太阳电池输出电流变化的大小由式(1)所示的单步功率变化量除以单步直流电压变化量来计算。即有：

${\mathrm{\ΔI}}_O=K\left|\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ΔV}}\right|---\left(1\right)$

式中ΔIo为太阳电池输出电流下一步的变化量；ΔP为单步功率变化量；ΔV为单步直流电压变化量，K为调整系数。

太阳电池输出电流的指令值为：

I^* _out(k+1)＝I^* _out(k)+ΔI_O                (2)

式中I^* _out为太阳电池板1的输出电流指令值，括号内k代表当前时刻，k+1代表下一时刻。

该输出电流通过一个高速电流反馈来进行控制：

D＝G_pε_i+G_I∫ε_idt            (3)

式中

I^* _out为太阳电池板1的输出电流指令值，I_{out_f}为太阳电池板1的实际输出电流的采样值。G_P和G_I分别为电流控制的比例积分增益值。D为DC/DC变换器2的PWM占空比。

4.前述权利要求项中微处理器6通过电压互感器7采样电网的三相电压、电流、光伏电池输出电压、电流和直流母线电压瞬时值，采样周期的最佳实施方案为逆变器3的PWM载波周期，其他方案包括1/2个载波周期、复数个载波周期或预先定好的与载波无关的时间周期。采样周期至少必须为50Hz或60Hz电网电压周期的1/32以上。

5.电网电压的相位角可由下式计算得到，

${\mathrm{\θ}}_s=\arctan \left(\frac{V_{\mathrm{\β}}}{V_{\mathrm{\α}}}\right)+\mathrm{n\π}$

式中，n为相位角象限系数，当两相电压V_α和V_β构成的电压矢量在第一象限时，n＝0；电压矢量在第二象限时，n＝1；电压矢量在第三象限时，n＝1；电压矢量在第四象限时，n＝2。

6.对相位角计算中可能遇到的白噪声的处理，本发明的特征是比较实测值和推测值，如果实测值和推测值的差的绝对值不超过事先所定阈值，则认为实测值正确，作为最新数据记录，并在本次并网控制中使用该值。如果实测值和推测值的差的绝对值超过了事先所定阈值，则查看噪声计数器，如果噪声计数器小于连续出错值N(这里暂定为3)，则认为实测值含有噪声，舍弃本次数值，将推测值作为真值记录并使用；如果噪声计数器大于N，则认为电网发生突变并报警，此时认为实测值为真值记录并使用，上位控制逻辑将凭借突变报警信号决定继续运行与否。

7.经过权利要求项(6)处理后的数据，本发明特征为使用32位最小二乘法作为数字滤波器。根据过去31点已知相位角，推算第32点相位角：

${\mathrm{\θ}}_{32}=\frac{3\underset{n=1}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}(n\·{\mathrm{\θ}}_n)-31\underset{n=0}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_n}{496}---\left(5\right).$

8.根据权利要求项(7)所得到的电网电压相位角，电网频率的典型计算方法如(6)式所示：

$f_s=\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_s}{2\mathrm{\π\ΔT}}---\left(6\right)$

这里，Δθs为采样两点之间的角度差，角度单位为弧度，ΔT则为采样两点之间时间差。

为了消除噪声影响，本发明之特征为采用32位最小二乘法所记录的32点间第一点和最后一点来计算电网频率。即：

$f_s=\frac{{\mathrm{\θ}}_{s\left(32\right)}-{\mathrm{\θ}}_{s\left(1\right)}}{62\mathrm{\π}{T}_s}---\left(7\right)$

这里，Ts为采样周期。

9.电网相间电压的有效值为：

$V_{\mathrm{RMS}}=\sqrt{{V_{\mathrm{\α}}}^2+{V_{\mathrm{\β}}}^2}---\left(9\right)$

通过移动平均法或单纯平均法，或数字式一次或二次低通滤波器处理后，获得更高精度的电压有效值。

10.在作(α、β)到(d、q)的坐标变换时，本发明之特征为将dq旋转坐标系的q轴定位于电网电压矢量处，并且定义dq旋转坐标系的旋转速度与电网电压矢量同步。在输出功率因数为1的前提下，d轴电流指令值为0；但在需要调节功率因数的情况下，d轴电流指令值可根据输出功率因数数值的要求和此时的q轴电流指令值，按照三角函数计算做适当的正负调节。q轴电流指令值则来自上位控制器。当上位控制器为直流母线定电压控制时，q轴电流指令值为直流电压反馈控制器的输出值；而当上位控制器为MPPT控制时，q轴电流指令值为MPPT控制器所输出的代表光伏电池输出的电流值。

11.采用与电网电压变化联动的直流母线定电压控制方法，如下式所示计算出并网时所需最低直流电压：

单相并网： $V_{\mathrm{DC}0}=\sqrt{2}\·(V_{\mathrm{uw}}+{2I}_{\mathrm{inv}}{R}_L)+2\·V_{\mathrm{ce}\left(\mathrm{sat}\right)}---\left(9\right)$

三相并网： $V_{\mathrm{DC}0}=\sqrt{2}\·(\frac{{2\·V}_{\mathrm{uw}}}{\sqrt{3}}+{2I}_{\mathrm{inv}}{R}_L)+2\·V_{\mathrm{ce}\left(\mathrm{sat}\right)}---\left(10\right)$

这里，V_DC0为并网时所需最低直流电压，Vuw为相间电压有效值，Iinv为逆变器输出电流，R_L为LC滤波器的电阻，Vce(sat)为IGBT的C-E间的饱和电压压降。

最低直流电压加上一定余量后设定为直流电压指令值V^* _DC。更为简单的直流电压指令值V^* _DC的设定方法是根据电网电压分段变化。

12.逆变器输出电流有效值的指令值由式(11)所示的PI控制得到：

$I_{\mathrm{INV}}^{*}=k_p{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{DC}}+k_i{\∫\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{DC}}\mathrm{dt}---\left(11\right)$

其中，ε_DC＝V^* _DC-V_DC为直流母线电压之误差，k_p、k_i为PI控制的比例微分增益值。

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