CN103490653B - 光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 - Google Patents
光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103490653B CN103490653B CN201310442151.8A CN201310442151A CN103490653B CN 103490653 B CN103490653 B CN 103490653B CN 201310442151 A CN201310442151 A CN 201310442151A CN 103490653 B CN103490653 B CN 103490653B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grid
- voltage
- current
- controller
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统,它包括光伏阵列、PI控制器、并网电流控制器、二次纹波控制器和单相光伏并网逆变器,所述并网电流控制器包括相互并联的用于积分调节的低通滤波器、用于补偿调节的陷波器和一个PI+重复控制器;所述二次纹波控制器包括比例谐振控制器。结合本发明的控制方法,能有效地消除光伏并网电流中的二次功率扰动,实现直流侧电压中的二次纹波分量的有效抑制和并网电流质量的大幅度提高,而且所需直流滤波电容大大减小,并由此使得系统体积减小,成本降低,同时延长了光伏阵列的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于光伏并网发电技术领域,涉及一种用于提高并网电流质量的光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法。
背景技术
光伏并网发电系统由光伏阵列和逆变器两部分组成,其中光伏阵列将太阳能转化为电能,逆变器将电能注入至交流电网。单相单级光伏并网逆变器采用单级能量变换环节,具有结构简单、成本较低和系统效率高等优点,因此,在户用型光伏发电系统中有很好的应用和研究前景。传统的单相单级光伏并网逆变器,在并网电流被控为与电网电压同频同相时,输出功率中含有二次纹波分量,即二次功率扰动。该扰动会导致直流侧电压中含有大量的二次纹波分量,直流侧电压中的二次纹波分量一方面会造成并网电流中含有大量的三次纹波电流,从而降低并网电流质量;另一方面会影响光伏阵列MPPT输出参考电压的准确度以及光伏阵列的使用寿命。针对单相单级光伏并网系统的不足,目前广泛使用的解决方法是通过设计合适的功率解耦电容来抑制二次功率扰动,该方法需要的直流滤波电容非常大,这样使得系统体积和成本大大增加。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足,提供一种新型光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制装置和使用该装置进行光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制的控制方法,以有效地抑制直流侧电压中的二次纹波分量,提高并网电流的质量。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案是:一种光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统,包括光伏阵列、PI控制器、并网电流控制器、二次纹波控制器和单相光伏并网逆变器,所述并网电流控制器包括相互并联的用于积分调节的低通滤波器、用于补偿调节的陷波器和一个PI+重复控制器;所述二次纹波控制器包括比例谐振控制器。
一种使用所述光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统进行光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制的方法:其包括:
A.光伏并网电流控制:光伏阵列输出电压和电流经过MPPT算法计算,得到的直流参考电压作为负端,所述直流参考电压与实测直流电压作差,所得差值作为所述PI控制器的输入;所述PI控制器根据光伏阵列输出功率的大小来实时调节输出并网电流的参考幅值;用所述并网电流的参考幅值与实测并网电流作差,其误差作为所述并网电流控制器的输入;所述并网电流控制器输出电压与实测电网电压值相加构成前馈控制,用于消除电网电压扰动对并网电流的影响;
B.直流侧电压二次纹波抑制的控制:单相并网逆变器中储能电感的参考电流与其实测电流作差,得到误差信号作为所述比例谐振控制器的输入,比例谐振控制器输出为所述储能电感参考电压与实际电压的差值,该差值与所述储能电感的参考电压值相加,得到储能电感的实际电压值,该电压值与单相并网逆变器的直流电压相除,得到直流电压二次纹波抑制系统的输出量。
C.单相并网逆变器的控制
所述并网电流控制器的输出量和所述直流电压二次纹波抑制器的输出量,经过计算得到占空比变量,占空比信号与载波信号比较进行载波调制,载波调制输出单相并网逆变器中功率开关的PWM控制脉冲信号,该控制脉冲信号通过驱动电路来驱动单相光伏并网逆变器中功率开关的动作,即实现并网电流和直流电压二次纹波的控制。
与已有技术相比,本发明通过单相光伏并网电流控制器、二次纹波控制器和单相并网逆变器的组合,消除了二次功率扰动,实现了直流侧电压中的二次纹波分量的有效抑制和并网电流质量的大幅度提高,而且所需直流滤波电容大大减小,并由此使得系统体积减小,成本降低,同时延长了光伏阵列的使用寿命。
附图说明
图1是本发明中光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统的结构框图;
图2是本发明中光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统的控制框图;
图3是本发明中单相光伏并网逆变器的拓扑电路结构图。
具体实施方式
如图1、2、3所示,本发明使用的光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统,由光伏阵列1、MPPI控制器2、PI控制器7、并网电流控制器3、二次纹波控制器4和单相光伏并网逆变器5组成,所述并网电流控制器3包括相互并联的用于积分调节的低通滤波器Q(z)、用于补偿调节的陷波器C(z)和一个PI+重复控制器3-1;所述二次纹波控制器4主要包括比例谐振控制器4-1;所述单相光伏并网逆变器5是在常规逆变器的基础上增加设置一个二次功率解耦电路5-1,具体由逆变单元5-4、二次功率解耦电路5-1和输出滤波器5-2三个部分组成。其中,逆变单元5-4由1个直流电容C5-5和4个双向阻断型功率开关T1、T2、T3与T4组成,所述4个双向阻断型功率开关T1、T2、T3与T4构成单相单级全桥逆变电路。输出滤波器5-2由2个电感L、L1和1个电容C1组成一个LCL滤波器。直流电容C5-5与光伏阵列1对接,用于缓冲一个控制周期内光伏阵列1的能量波动。输出滤波器5-2的电感L1和电容C1端子接电网6,L和电容C1端子分别接双向阻断型功率开关T3与T4组成的桥臂a点和双向阻断型功率开关T1与T2组成的桥臂b点。二次功率解耦电路5-1由一个储能电感L25-3和2个双向功率开关T5和T6组成。双向功率开关T5和T6组成的桥臂直接与单相光伏并网逆变器5的直流电容C5-5并联,储能电感L25-3则横跨在双向功率开关T5和T6组成的桥臂与双向阻断型功率开关T1和T2组成的桥臂之间。所述单相光伏并网逆变器5由申请人另案申请,申请专利名称为“一种单相光伏并网逆变器”。
本发明并网电流和直流电压二次纹波抑制的控制方法如下:
A.光伏并网逆变器的并网电流的控制
光伏阵列输出电压和电流经MPPT算法得到直流参考电压作为负端,与实测直流电压Upv作差,该差值作为PI控制器7的输入,PI控制器7根据光伏阵列1输出功率的大小来实时调节输出并网电流的参考幅值并网电流的参考幅值与实测并网电流is作差,其误差es作为并网电流控制器3的输入,PI+重复控制器3-1输出电网电压的差值uc,该差值uc与实测电网电压值vs相加构成前馈控制,可以消除电网电压扰动对并网电流的影响。并网电流控制器3的传递函数如下:
其中,N为周期延迟系数,例如系统开关频率为10kHz,电网基波频率为50Hz,则N=200。
积分环节Q(z)可以为低通滤波器,但设计较为复杂,并给控制系统带来一定的不可预见性,因此,可以选取Q(z)为小于1的常数,暂取Q(z)=0.95,根据并网电流控制器3的性能再进行稍微调整;补偿环节C(z)的功能就是使系统低频增益为1,并抑制谐振峰值。由于采用低通滤波器补偿时,会降低系统带宽,因此选择陷波器进行补偿。选择合适的陷波器谐振点能最大程度地衰减系统谐振峰值,对系统带宽影响甚微。单相光伏并网逆变器5和并网电流控制器3的滞后补偿时间取为z10。本发明实施例选择陷波器函数为:
综合上述分析,得到PI+重复控制器3-1在Z域的传递函数如下:
另外,采用PI+重复控制器3-1对并网电流进行调节,是因为其对误差信号为交流量的控制,具有较好的动稳态性能。差值uc与实测电网电压值vs相加后得到单相光伏并网逆变器5输出电压的uab,uab与单相光伏并网逆变器5的直流电压Upv相除,得到并网电流控制环节输出量
B.单相光伏并网逆变器的直流侧电压二次纹波抑制的控制
网侧电压vs和并网电流is经下列计算得出电感L2的参考电流
由式(4)可知,当直流电容C5-5上的纹波功率时,电容进行放电;当直流电容C5-5上的纹波功率时,电容进行充电。由充电或放电过程可得如下关系式:
式中Umax和Umin分别为upv(t)的最大值和最小值,由于电容C5-5的纹波电压峰峰值△U=Umax-Umin,则可得:
令储能电感L2的电流表达式为:
iL=ILcos(ωt-α)(7)
式中IL为电感电流峰值,α为电感电流相对于电网电压的滞后角。
的表达式与式(7)相同,iL为实际检测的电感L2的电流。储能电感L2的参考电流与实测电感L2的电流iL作差,得到误差信号为交流量,且含有低次偶次谐波,故二次纹波控制器4采用谐波补偿型比例谐振控制器(PR+HC)4-1,其传函为:
电感L2的参考电流与实测电感L2的电流电流iL作差,得到误差信号作为比例谐振控制器4-1的输入,比例谐振控制器4-1输出为储能电感L25-3上参考电压与实际电压的差值,该差值与L2上的参考电压值相加,得到储能电感L25-3的实际电压值uL。电压值uL与单相光伏逆变器5的直流电压Upv相除,得到直流电压二次纹波抑制环节输出量
C.单向光伏并网逆变器的控制
并网电流控制环节输出量和直流电压二次纹波抑制环节输出量经过下列等式计算得到占空比变量da、db和dm:
dm=0.5(max(0,Δu)+min(1,1+Δu))(9)
式中
占空比信号与载波信号比较进行载波调制,载波调制输出6个功率开关T1、T2、T3、T4、T5和T6的PWM控制脉冲信号,该控制脉冲信号经过驱动电路来驱动4个双向阻断型功率开关T1、T2、T3、T4和双向功率开关T5、T6的动作,即实现并网电流控制和直流电压二次纹波抑制的控制。
Claims (2)
1.一种光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统,它包括光伏阵列、二次纹波控制器和单相光伏并网逆变器,所述控制系统还具有并网电流控制器以及用于光伏并网电流控制和直流电压二次纹波抑制的MPPI控制器和PI控制器,其特征在于:所述并网电流控制器包括相互并联的低通滤波器,用于积分调节;陷波器,用于补偿调节,使系统低频增益为1,抑制谐振峰值,避免系统带宽的降低,并最大程度地衰减系统谐振峰值;一个PI+重复控制器,利用其对误差信号为交流量的控制具有较好的动稳态性能对并网电流进行调节;所述二次纹波控制器包括比例谐振控制器,该比例谐振控制器输入由储能电感的参考电流与实测储能电感的电流作差得到的含有低次偶次谐波的交流误差信号,输出储能电感上参考电压与实际电压的差值,该差值与储能电感上的参考电压值相加,以得到储能电感的实际电压值。
2.一种使用权利要求1所述控制系统进行光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制的方法,其特征在于:它包括:
A.光伏并网电流控制:光伏阵列输出电压和电流经过MPPT算法计算,得到的直流参考电压作为负端,所述直流参考电压与实测直流电压作差,所得差值作为所述PI控制器的输入;所述PI控制器根据光伏阵列输出功率的大小来实时调节输出并网电流的参考幅值;用所述并网电流的参考幅值与实测并网电流作差,其误差作为所述并网电流控制器的输入;所述并网电流控制器输出电压与实测电网电压值相加构成前馈控制,用于消除电网电压扰动对并网电流的影响;以及
B.直流侧电压二次纹波抑制的控制:单相光伏并网逆变器中储能电感的参考电流与其实测电流作差,得到误差信号作为所述比例谐振控制器的输入,比例谐振控制器输出为所述储能电感参考电压与实际电压的差值,该差值与所述储能电感的参考电压值相加,得到储能电感的实际电压值,该储能电感的实际电压值与单相光伏并网逆变器的直流电压相除,得到直流电压二次纹波抑制系统的输出量;
C.单相并网逆变器的控制
所述并网电流控制器的输出量和所述直流电压二次纹波抑制系统的输出量,经过计算得到占空比信号,占空比信号与载波信号比较进行载波调制,载波调制输出单相光伏并网逆变器中功率开关的PWM控制脉冲信号,该控制脉冲信号通过驱动电路来驱动单相光伏并网逆变器中功率开关的动作,即实现并网电流和直流电压二次纹波的控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310442151.8A CN103490653B (zh) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | 光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310442151.8A CN103490653B (zh) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | 光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103490653A CN103490653A (zh) | 2014-01-01 |
CN103490653B true CN103490653B (zh) | 2016-05-25 |
Family
ID=49830665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310442151.8A Active CN103490653B (zh) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | 光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103490653B (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103887824A (zh) * | 2014-04-17 | 2014-06-25 | 浙江大学 | 光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制系统及控制方法 |
CN104201721B (zh) * | 2014-09-12 | 2016-09-14 | 广西师范大学 | 一种基于复合控制模式的单相并网逆变器控制方法 |
CN104901522B (zh) * | 2015-05-22 | 2018-01-19 | 中南大学 | 一种基于串联补偿的二次脉动功率解耦闭环控制方法 |
CN104901568B (zh) * | 2015-06-25 | 2018-04-17 | 深圳市英威腾光伏科技有限公司 | 光伏逆变系统、光伏逆变器及其谐振抑制方法和装置 |
CN105226986B (zh) * | 2015-11-02 | 2018-01-09 | 南京航空航天大学 | 一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器及其控制方法 |
CN105449989B (zh) * | 2015-11-19 | 2019-03-26 | 中天昱品科技有限公司 | 一种提取并网电力电子装置输出直流分量的方法 |
CN110209049B (zh) * | 2019-05-22 | 2022-04-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于惯性回路的窄带大幅值扰动抑制方法 |
CN111293869B (zh) * | 2020-03-22 | 2021-05-14 | 北京工业大学 | 一种两级式逆变电源的电感电流反馈路径二次谐波电流抑制方法 |
CN112003463B (zh) * | 2020-07-30 | 2024-02-27 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 一种单相pwm整流直流侧电压二次纹波抑制方法 |
CN113489293B (zh) * | 2021-07-01 | 2022-07-01 | 厦门大学 | 一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102832840A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-12-19 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 光伏并网逆变器复合控制方法 |
CN103023360A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种具有二次波动功率解耦的单相ac/dc变换器及其控制方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103227469B (zh) * | 2012-11-28 | 2015-09-02 | 东方日立(成都)电控设备有限公司 | 一种光伏并网逆变器母线电压二次纹波的抑制方法 |
-
2013
- 2013-09-25 CN CN201310442151.8A patent/CN103490653B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103023360A (zh) * | 2012-07-03 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种具有二次波动功率解耦的单相ac/dc变换器及其控制方法 |
CN102832840A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-12-19 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 光伏并网逆变器复合控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
单相单级光伏发电实验系统中电流控制策略研究;于晶荣等;《实验技术与管理》;20121231;39-43 * |
采用比例谐振调节器的单相电压型PWM整流器;朱荣伍等;《高电压技术》;20100831;2095-2100 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103490653A (zh) | 2014-01-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103490653B (zh) | 光伏并网电流和直流电压二次纹波抑制控制系统及控制方法 | |
Li et al. | Robust proportional resonant regulator for grid-connected voltage source inverter (VSI) using direct pole placement design method | |
CN108023352B (zh) | 抑制分布式发电谐振的电网高频阻抗重塑装置及方法 | |
US9257864B2 (en) | Input power controller for AC/DC battery charging | |
Veena et al. | Review of grid integration schemes for renewable power generation system | |
CN102918760A (zh) | 用于发电装置的电力转换器 | |
CN112234808B (zh) | 单相逆变器的二倍频纹波抑制电路及抑制方法 | |
Kan et al. | Second harmonic current reduction for flying capacitor clamped boost three-level converter in photovoltaic grid-connected inverter | |
CN102522879A (zh) | 一种lcl并网逆变器系统的有源阻尼方法及其电路 | |
CN104079002A (zh) | 光伏储能系统并网模式下的双闭环控制方法 | |
CN211183826U (zh) | 一种交直流微电网接口变换器电路 | |
CN103972922B (zh) | 基于改进型准谐振控制加重复控制的光伏并网控制方法 | |
CN104485832A (zh) | 具有输入低频电流纹波抑制功能的光伏高频链并网逆变器 | |
Zaid et al. | Review, analysis and improving the utilization factor of a PV-grid connected system via HERIC transformerless approach | |
CN102983588A (zh) | 一种基于新型并网控制算法的光伏并网逆变系统 | |
CN108512452A (zh) | 一种直流微电网并网变换器电流的控制系统及控制方法 | |
CN105958527A (zh) | 一种光伏并网逆变器的多参数滞环电流复合控制方法 | |
Mishra et al. | Sigma-modified power control and parametric adaptation in a grid-integrated PV for EV charging architecture | |
CN104333002A (zh) | 一种基于ip-iq检测法和滞环控制的混合型有源滤波器 | |
CN116683750A (zh) | 一种ipos-dc/dc变换器级联单相逆变器及方法 | |
CN103346677B (zh) | 一种动态占空比补偿装置 | |
Jayakrishna et al. | Fuzzy logic control based three phase shunt active filter for voltage regulation and harmonic reduction | |
CN117039976A (zh) | 一种cllc双向谐振变换器级联并网逆变器及其抑制方法 | |
Roy et al. | Modeling of 5kW single phase grid tied solar photovoltaic system | |
CN113726210B (zh) | 两级双有源桥并网逆变器直流母线低频纹波抑制电路及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |