CN103795077A - 一种级联型光伏并网逆变器的功率平衡控制方法 - Google Patents

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王书征
赵剑锋
姚晓君
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Abstract

本发明提出了一种级联型光伏并网逆变器在局部阴影条件下的功率平衡控制方法。该方法主要包括如下步骤：(1)对各级联单元的H桥进行独立的MPPT控制，得到各级直流电压指令值，然后对总的直流电压进行PI控制，得到并网电流指令值；(2)通过并网电流的准比例谐振PR控制和电网电压前馈控制，得到H桥的初始占空比值；(3)各级联单元根据各自直流侧电压指令值对自身直流侧电压的实际值进行标幺化，然后和1比较，进行PI控制，得到H桥占空比的有功修正值，通过修正占空比，实现功率平衡控制。该控制方法能够实现并网电流的无静差控制，维持级联型逆变器各功率单元的功率平衡，具有概念清晰、控制结构简单、易于工程实现等优点。

Description

一种级联型光伏并网逆变器的功率平衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种级联型光伏并网逆变器在局部阴影条件下的功率平衡控制方法，属于级联型逆变器功率平衡控制技术领域。
背景技术
光伏并网发电使太阳能的大规模利用成为可能，面对发电成本较高，提高系统效率一直是研究的热点。在级联型光伏并网逆变器中，由于每级功率单元光伏阵列中串联光伏模块的数目较少，当每级功率单元采用独立的MPPT(MaximumPower Point Tracking)控制时，在局部阴影和光伏阵列之间不匹配条件下能保证系统的输出功率最大化。
然而在局部阴影和光伏阵列之间不匹配时，每级功率单元采用独立的MPPT控制直流侧会产生更大的功率差异，造成直流母线电压的波动较大，这将对装置的输出性能和可靠性产生严重影响。因此，为了保证级联型光伏并网逆变器的稳定运行，必须采取一定的平衡控制。
现有的平衡控制方法调节范围较小，在光照不均匀程度较大时，将失去调节能力，影响装置的稳定运行。本发明提出功率平衡控制方法拥有较大的控制范围，而且具有概念清晰，控制结构简单，容易工程实现等优点。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提出一种级联型光伏并网逆变器在局部阴影条件下的功率平衡控制方法，解决级联型光伏并网逆变器在局部阴影和光伏阵列之间不匹配情况下装置的功率平衡性问题，保证逆变器的稳定运行。
技术方案：本发明的级联型光伏并网逆变器在局部阴影条件下的功率平衡控制方法的技术方案分三个步骤，分别是由1)总的直流电压控制；2)采用准比例谐振PR控制器的并网电流控制；3)各级联单元的功率平衡控制。具体如下所述：
1)总的直流电压控制
1.1)对各级联单元的H桥进行独立的MPPT控制，得到各级直流电压的指令值
Figure BDA00003634220200011
并求和得到
1.2)采集各单元的直流侧电压并适当滤波得到滤波后直流侧电压值vpvfk，求总和得到
1.3)将和比较后的差值通过PI控制器，得到并网电流的指令值大小。
2)并网电流的准比例谐振(PR)控制
2.1)对电网电压锁相获得电网电压的相位，并作为并网电流的相位，从而确定并网电流的
Figure BDA00003634220200024
采集实际并网电流is，两者进行的差值，通过准比例谐振PR控制器得到电感电压参考值
Figure BDA00003634220200025
2.2)与电网电压相加得到逆变器输出电压指令值，然后除以总的直流电压得到H桥占空比值d。
步骤1)和2)共同构成了一个电压电流双闭环控制。
3)功率平衡控制
3.1)各功率单元分别根据各自的直流侧电压指令值
Figure BDA00003634220200027
对各自的直流侧电压vpvfk进行标幺化，并与数值1进行比较，其差值通过一个PI控制器得到各自H桥的占空比修正值Δddk。
3.2)Δddk与初步的占空比指令d相加，得到最终的占空比指令值ddk。
3.3)根据该占空比指令生成PWM波，进行H桥控制。实现各级联单元的功率平衡控制。
有益效果：本发明基于各级联单元H桥的占空比有功修正分量，实现不同级联单元的功率平衡，从而保证直流母线电压的稳定运行。解决了以往平衡控制方法调节范围较小、在光照不均匀程度较大时失去调节能力的不足。具有概念清晰，控制结构简单，容易工程实现等优点。
附图说明
图1级联型光伏并网逆变器总体控制系统框图；
图2级联型光伏并网逆变器相模块结构电路图；
图3为各级联单元独立的MPPT控制框图；
图4为光伏并网逆变器电压电流双闭环控制的结构框图；
图5为级联单元功率平衡控制的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式。
本发明的级联型光伏并网逆变器采用电压电流双闭环控制得到各级联单元的H桥占空比初始指令值，而各功率单元通过对占空比有功分量的修正得到各自的占空比，分别进行控制，从而实现功率平衡。其中，电压电流双闭环指的是总的直流电压控制(外环)和并网电流的准比例谐振控制。
所述的总的直流电压控制有以下步骤：
(1)对各级联单元的H桥进行独立的MPPT控制，得到各级直流电压的指令值
Figure BDA00003634220200031
并求和得到采集各单元的直流侧电压，经过适当的滤波处理(如图3所示，图中使用100Hz陷波器滤波)得到vpvfk，求总和
Figure BDA00003634220200033
(2)将
Figure BDA00003634220200034
和
Figure BDA00003634220200035
比较后的差值通过PI控制器，得到并网电流的指令值大小(如图3所示)。
所述的并网电流的准比例谐振(PR)控制有以下步骤(如图4所示)：
(1)对电网电压锁相获得电网电压的相位，这个相位就是并网电流的相位，从而确定并网电流的指令值
Figure BDA00003634220200036
采集实际并网电流is，两者进行的差值，通过准比例谐振PR控制器得到电感电压参考值
Figure BDA00003634220200037
(2)
Figure BDA00003634220200038
与电网电压相加得到逆变器输出电压指令值，然后除以总的直流电压得到H桥占空比值d。
所述的功率平衡控制有以下步骤(如图5所示)：
(1)各功率单元分别根据各自的直流侧电压指令值
Figure BDA00003634220200039
对各自的直流侧电压vpvfk进行标幺化，并与数值1进行比较，其差值通过一个PI控制器得到各自H桥的占空比修正值Δddk。
(2)将占空比修正值与初步的占空比指令相加Δddk，得到最终的占空比指令值ddk。
(3)根据该占空比指令生成PWM波，进行H桥控制。实现各级联单元的功率平衡控制。

Claims (1)

1.一种级联型光伏并网逆变器在局部阴影条件下的功率平衡控制方法，其特征在于其控制步骤如下：
1)总的直流电压控制步骤：
1.1)对各级联单元的H桥进行独立的MPPT控制，得到各级直流电压的指令值
Figure FDA00003634220100011
并求和得到
Figure FDA00003634220100012
1.2)采集各单元的直流侧电压并适当滤波得到滤波后直流侧电压值vpvfk，求总和得到
Figure FDA00003634220100013
1.3)将
Figure FDA00003634220100014
和
Figure FDA00003634220100015
比较后的差值通过PI控制器，得到并网电流的指令值大小；
2)并网电流的准比例谐振(PR)控制步骤：
2.1)对电网电压锁相获得电网电压的相位，并作为并网电流的相位，从而确定并网电流参考值
Figure FDA00003634220100016
采集实际并网电流is，两者比较的差值，通过准比例谐振PR控制器得到电感电压参考值
Figure FDA00003634220100017
2.2)
Figure FDA00003634220100018
与电网电压相加得到逆变器输出电压指令值，然后除以总的直流电压得到H桥占空比值d；
步骤1)和2)共同构成了一个电压电流双闭环控制；
3)功率平衡控制步骤：
3.1)功率单元各自进行MPPT，得到直流侧电压指令值
Figure FDA00003634220100019
3.2)各功率单元分别根据各自的
Figure FDA000036342201000110
对直流侧电压vpvfk进行标幺化，并与数值1进行比较，其差值通过一个PI控制器得到各自H桥的占空比有功修正值Δddk；
3.3)Δddk与初始的占空比值d相加，得到最终的占空比指令值ddk；
3.4)根据该占空比指令生成PWM波，进行H桥控制，实现各级联单元的功率平衡控制。
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