CN103887824A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种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，控制方法包括：采样电网的电压信号；输入锁相环，获得同频同相的正弦基准信号；采样逆变器直流侧的输入电压和电流，相乘并滤波后得到平均直流功率；提供预设的参考电压，计算得到补偿电压的瞬时值；将输入电压减去参考电压，再减去补偿电压的瞬时值；将结果输入电压环作PI调节；将调节后的信号与正弦基准信号相乘，作为电流环的参考电流；采样电网的电流信号，从参考电流减去；将结果输入电流环作PI调节；由调节后的信号生成PWM信号，驱动逆变器的开关管。本发明在不增加额外元器件的情况下，减小逆变器并网电流的THD；另外在并网电流的THD相同的条件下，减小逆变器直流侧电容。

Description

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

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器的控制技术领域，具体来说，本发明涉及一种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。

背景技术

由于环境恶化的挑战日益加剧及太阳能的可再生性，光伏并网发电技术正在快速发展。由于光伏板（光伏组件）输出的能量在短时间内是稳定的，功率记为P_pv，P_pv=V_pv·I_pv，其中V_pv和I_pv分别为光伏组件的输出电压和输出电流。

而注入电网的功率是交流变化的。其注入电网的正弦电流为i_ac(t)，电网电压为v_ac(t)，逆变器的瞬时输出功率为p_ac(t)。其中：

v_ac(t)=V_acsin(ωt)

i_ac(t)=I_acsin(ωt)

$p_{\mathrm{ac}}\left(t\right)=v_{\mathrm{ac}}\left(t\right)\·i_{\mathrm{ac}}\left(t\right)=\frac{V_{\mathrm{ac}}{I}_{\mathrm{ac}}}{2}-\frac{V_{\mathrm{ac}}{I}_{\mathrm{ac}}}{2}\cos \left(2\mathrm{\ωt}\right)$

其中，V_ac为电网电压的幅值，I_ac为并网电流的幅值。

注入电网的正弦电流i_ac(t)和电网电压v_ac(t)的波形见图1-a，而逆变器的瞬时输出功率p_ac(t)的波形见图1-b。其中，图1-a为现有技术中注入电网的正弦电流和电网电压的波形示意图；图1-b为现有技术中光伏并网逆变器的瞬时输出功率的波形示意图。

在理想无损耗的情况下，输出功率的平均值也是恒定的，并且等于光伏组件的输出功率，即

这样，瞬时输出功率p_ac(t)中的另一个分量，两倍工频的功率脉动就是需要处理的解耦功率p_d(t)，表示为：

p_d(t)=P_pv-p_ac(t)=P_pvcos(2ωt)

解耦功率p_d(t)的波形见图1-c，图1-c为现有技术中光伏并网逆变器的瞬时解耦功率的波形示意图。

该功率被逆变器输入端的解耦电容周期性的吸收及释放。电容越大，则电压波动越小，并网电流的总谐波畸变率（Total Harmonics Distortion，THD）也越小。

注入电网的谐波对电网有着诸多危害，国标对光伏并网逆变器的并网电流谐波大小有着明确的规定。增大解耦电容可以有效减小电压纹波同时减小并网电流的总谐波畸变率（THD）；但是，考虑到电解电容的寿命与价格，如果采取措施在满足电压纹波和并网电流的总谐波畸变率（THD）达到要求的情况下降低电容的容值，则可以有效地降低成本。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种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，能够在不增加额外元器件的情况下，有效减小光伏并网逆变器的并网电流的总谐波畸变率（THD）。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种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，能够在并网电流的总谐波畸变率（THD）值相同的条件下，减小逆变器直流侧电容的大小。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法，所述光伏并网逆变器的直流侧与一光伏系统相连接，其交流侧与一交流电网相连接；所述光伏系统的两端具有一直流电压，作为所述光伏并网逆变器直流侧的输入电压；所述光伏并网逆变器的直流侧还并联有一直流侧电容，作为解耦电容；

所述控制方法包括步骤：

A.采样所述交流电网的一实时电压信号；

B.将所述实时电压信号输入一锁相环，获得跟所述实时电压信号同频同相的一正弦基准信号；

C.采样所述光伏并网逆变器直流侧的输入电压和输入电流，将其相乘并滤波后得到一平均直流功率；

D.提供预设的一电压环的一参考电压，将其代入一母线电压中的直流分量，经过计算得到一补偿电压的瞬时值；

E.根据双环控制原理，将采样得到的所述光伏并网逆变器直流侧的所述输入电压与预设的所述电压环的所述参考电压相减，再减去所述补偿电压的瞬时值；

F.将步骤E中运算得到的结果输入所述电压环进行PI调节；

G.将所述电压环经过PI调节后输出的信号与所述正弦基准信号相乘后，作为一电流环的参考电流；

H.采样所述交流电网的一并网电流信号，将所述电流环的所述参考电流减去所述并网电流信号；

I.将步骤H中运算得到的结果输入所述电流环进行PI调节；

J.将所述电流环经过PI调节后得到的信号输入一PWM信号生成模块，生成一PWM信号来驱动所述光伏并网逆变器内的开关管。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件；

光伏微型变换器，其输入端分别与每个所述光伏组件对应连接，其输出端依次串联后与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件；

升压型升压电路，其输入端与所述光伏组件相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件，所述光伏组件直接依次串联后，与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述补偿电压的瞬时值即电压纹波值，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

其中，△V(t)为所述电压纹波值，P_pv为所述光伏组件输出的平均直流功率，V_av为所述母线电压中的直流分量，ω为所述交流电网的角频率，C_d为所述解耦电容的容值，t为任意时刻。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种采用上述控制方法的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制系统，所述光伏并网逆变器的直流侧与一光伏系统相连接，其交流侧与一交流电网相连接；所述光伏系统的两端具有一直流电压，作为所述光伏并网逆变器直流侧的输入电压；所述光伏并网逆变器的直流侧还并联有一直流侧电容，作为解耦电容；

所述控制系统包括：

锁相环，其输入端与所述交流电网相连接，由所述交流电网的一实时电压信号获得跟所述实时电压信号同频同相的一正弦基准信号；

第一运算单元，具有三个输入端和一个输出端；其第一输入端与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接，接收所述输入电压；其第二输入端接收预设的一电压环的一参考电压；其第三输入端接收一补偿电压的瞬时值；所述第一运算单元将所述输入电压与所述参考电压相减，再减去所述补偿电压的瞬时值；

电压环，其输入端与所述第一运算单元的输出端相连接，对所述第一运算单元运算得到的结果进行PI调节；

第二运算单元，具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与所述锁相环的输出端相连接，其第二输入端与所述电压环的输出端相连接；所述第二运算单元将所述电压环经过PI调节后输出的信号与所述正弦基准信号相乘，作为一电流环的参考电流；

第三运算单元，具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与所述第二运算单元的输出端相连接，接收所述参考电流，其第二输入端与所述光伏并网逆变器的交流侧相连接，接收所述交流电网的一并网电流信号；所述第三运算单元将所述参考电流减去所述并网电流信号；

电流环，其输入端与所述第三运算单元的输出端相连接，对所述第三运算单元运算得到的结果进行PI调节；

PWM信号生成模块，其输入端与所述电流环的输出端相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器内的开关管相连接，用于根据所述电流环经过PI调节后得到的信号生成一PWM信号，来驱动所述开关管。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件；

光伏微型变换器，其输入端分别与每个所述光伏组件对应连接，其输出端依次串联后与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件；

升压型升压电路，其输入端与所述光伏组件相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述光伏系统包括：

光伏组件，所述光伏组件直接依次串联后，与所述光伏并网逆变器的直流侧相连接。

可选地，所述补偿电压的瞬时值即电压纹波值，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

其中，△V(t)为所述电压纹波值，P_pv为所述光伏组件输出的平均直流功率，V_av为所述母线电压中的直流分量，ω为所述交流电网的角频率，C_d为所述解耦电容的容值，t为任意时刻。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过对光伏并网逆变器的转换开关的控制优化，不需要增加额外元器件，即可在不增大解耦电容和电压纹波的前提下，有效减小光伏并网逆变器的并网电流的总谐波畸变率（THD），提高并网电能质量。

另外，本发明也可在不增大并网电流的总谐波畸变率（THD）值的情况下，减小逆变器直流侧电容的大小。这样可以减少元件的数量，有效降低逆变器产品的成本和提高可靠性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1-a为现有技术中注入电网的正弦电流和电网电压的波形示意图；

图1-b为现有技术中光伏并网逆变器的瞬时输出功率的波形示意图；

图1-c为现有技术中光伏并网逆变器的瞬时解耦功率的波形示意图；

图1-d为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的解耦电容上电压的两个分量：电压纹波和平均电压的波形示意图；

图2为本发明一个实施例的电压环纹波补偿的控制方法所针对的光伏并网逆变器及其所适用的多种结构的光伏系统和电压环纹波补偿的控制系统的模块示意图；

图3-a至图3-c分别为本发明一个实施例的光伏并网逆变器所针对的三种不同的光伏系统的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法流程图；

图5-a为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿后电流环的参考电流的幅值与补偿前的对比波形图；

图5-b为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿前并网电流的波形示意图；

图5-c为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿后并网电流的波形示意图。

具体实施方式

本发明采用以下的技术思路：光伏并网逆变器采用电压外环、电流内环的双环控制策略，即通过电流环控制输出电流，跟踪电网电压，实现单位功率因数并网；通过电压环维持逆变器输入电压稳定，并为电流环提供参考电流。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图2为本发明一个实施例的电压环纹波补偿的控制方法所针对的光伏并网逆变器及其所适用的多种结构的光伏系统和电压环纹波补偿的控制系统的模块示意图。需要注意的是，这个以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图2所示，该光伏并网逆变器201的直流侧与一多种结构的光伏系统202相连接，其交流侧与一交流电网203相连接。该多种结构的光伏系统202的两端具有一直流电压Vdc（即该光伏并网逆变器201直流侧的输入电压）；该光伏并网逆变器201的直流侧还并联有一直流侧电容204（即该光伏并网逆变器201输入侧的解耦电容C）。

该控制系统205主要包括锁相环（PLL）207、第一运算单元208、第二运算单元209、第三运算单元210、电压环211、电流环212和PWM信号生成模块213等。

其中，该锁相环207的输入端与交流电网203相连接，由交流电网203的一实时电压信号v_ac(t)获得跟该实时电压信号v_ac(t)同频同相的一正弦基准信号sinωt，从而也相应地得到了sin2ωt。

该第一运算单元208具有三个输入端和一个输出端；其第一输入端与光伏并网逆变器201的直流侧相连接，接收输入电压Vdc；其第二输入端接收预设的电压环211的一参考电压Vref；其第三输入端接收一补偿电压的瞬时值ΔV(t)。第一运算单元208用于将输入电压Vdc与参考电压Vref相减，再减去补偿电压的瞬时值ΔV(t)。

该电压环211的输入端与第一运算单元208的输出端相连接，对第一运算单元208运算得到的结果进行PI调节。

该第二运算单元209具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与锁相环207的输出端相连接，其第二输入端与电压环211的输出端相连接。第二运算单元209用于将电压环211经过PI调节后输出的信号Iref与正弦基准信号sinωt相乘，作为电流环212的参考电流iref。

该第三运算单元210具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与第二运算单元209的输出端相连接，接收参考电流iref，其第二输入端与光伏并网逆变器201的交流侧相连接，接收交流电网203的一并网电流信号i_ac(t)。第三运算单元210用于将参考电流iref减去并网电流信号i_ac(t)。

该电流环212的输入端与第三运算单元210的输出端相连接，用于对第三运算单元210运算得到的结果进行PI调节。

该PWM信号生成模块213的输入端与电流环212的输出端相连接，其输出端与光伏并网逆变器201内的开关管（即转换开关，未图示）相连接，用于根据电流环212经过PI调节后得到的信号生成一PWM信号，来驱动该开关管。

在本发明中，该逆变器201的电压环211的参考电压设为Vref，该参考电压Vref可以根据逆变器201的前级电路拓扑结构的不同而不同。图3-a至图3-c分别为本发明一个实施例的光伏并网逆变器所针对的三种不同的光伏系统的结构示意图。例如，当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-a所示的结构时，电压环211的参考电压Vref为固定值（Vbus）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301和光伏微型变换器302。其中，光伏微型变换器302的输入端分别与每个光伏组件301对应连接，其输出端依次串联后与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-b所示的结构时，电压环211的参考电压Vref也为固定值（Vbus）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301和升压型升压电路303（Boost升压电路）。其中，升压型升压电路303的输入端与光伏组件301相连接，其输出端与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

而当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-c所示的结构时，电压环211的参考电压Vref为最大功率点追踪（MPPT）计算得到的最大功率点电压（Vmppt）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301。其中，光伏组件301直接依次串联后，与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

电压环211的输出作为电流环212的参考电流的幅值Iref，由于输入输出瞬时能量不平衡，解耦电容204的电压上会产生一个两倍工频的正弦电压信号，因此电压环211中实际电压与参考电压的误差会产生一个纹波，进而电压环211的输出，即电流环212的参考电流的幅值Iref也会产生一个纹波，从而降低并网电流的质量，增大并网电流的总谐波畸变率。具体分析如下：

未补偿时，电压环211的输出为一个直流量叠加一个两倍工频纹波，假设其为Iref，Iref=a·sin2ωt+Iref_av。

其中，a为纹波幅值，其大小由电压环211的具体控制参数决定；Iref_av为电压环211输出平均值。

则电流环212的参考电流iref为：

Iref(t)=Iref·sinωt=a·sin2ωt·sinωt+Iref_av·sinωt

其中，Iref_av·sinωt部分不包含谐波分量，a·sin2ωt·sinωt部分包含的谐波分量是造成并网电流总谐波畸变率较大的原因。

本发明的思路在于：通过计算出电压纹波的大小，将其实时地叠加在电压环211的参考电压Vref的计算中，从而减小电压环211输出的纹波，即减小电流环212的参考电流的幅值Iref的纹波，提高并网电流的质量，降低并网电流的总谐波畸变率。

本发明首先对补偿电压的纹波值的大小进行推导计算，过程如下：

假设解耦电容上的电压包含两个分量：平均电压V_av和电压纹波△V。在0到t的时间内（t为任意时刻），对解耦功率进行积分，可以得到相应的能量为E_d(t)（参见图1-c）：

$E_d\left(t\right)=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{p}_d\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}}\sin 2\mathrm{\ωt}$

从电容储能的角度出发，相同的能量可以用电容电压变化的形式表示，即：

$E_c\left(t\right)=\frac{1}{2}{C}_d{(V_{\mathrm{av}}+\mathrm{\ΔV}\left(t\right))}^2-\frac{1}{2}{C}_d{V}_{\mathrm{av}}^2$

而由于解耦部分的能量被电容周期性地吸收及释放，则：

E_d(t)=E_c(t)

两边公式展开后略去△V(t)²项，则得到补偿电压的瞬时值即电压纹波值的计算公式：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

上述电压纹波值的其波形图请参见图1-d，图1-d为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的解耦电容上电压的两个分量：电压纹波和平均电压的波形示意图。

上述公式中各参数定义如下：

△V(t)为电压纹波值；P_pv为光伏组件301输出的平均直流功率，通过采样光伏并网逆变器201直流侧的输入电压与输入电流并将它们相乘、滤波后获得；V_av即为母线电压中的直流分量，用电压环211的参考电压Vref代入；ω为交流电网203的角频率；C_d为解耦电容C的容值；t为任意时刻。另外，图1-d中标号T_ac为一个正弦交流电压周期的长度。

下面描述本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法的具体实施流程。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。

如图4并结合图2所示，该光伏并网逆变器201的直流侧与一多种结构的光伏系统202相连接，其交流侧与一交流电网203相连接。该多种结构的光伏系统202的两端具有一直流电压Vdc（即该光伏并网逆变器201直流侧的输入电压）；该光伏并网逆变器201的直流侧还并联有一直流侧电容204（即该光伏并网逆变器201输入侧的解耦电容C）。

该控制方法可以由一控制系统205来实现，该控制系统205主要包括锁相环（PLL）207、第一运算单元208、第二运算单元209、第三运算单元210、电压环211、电流环212和PWM信号生成模块213等。该控制方法可以包括如下步骤：

执行步骤S401，采样交流电网203的一实时电压信号v_ac(t)。

执行步骤S402，将实时电压信号v_ac(t)输入锁相环207，获得跟该实时电压信号v_ac(t)同频同相的一正弦基准信号sinωt，从而也相应地得到了sin2ωt。

执行步骤S403，采样光伏并网逆变器201直流侧的输入电压Vdc和输入电流Idc，将其相乘并滤波后得到一平均直流功率P_pv，即光伏组件的输出功率。

执行步骤S404，提供预设的电压环211的一参考电压Vref，将其代入一母线电压中的直流分量，经过计算便可得到一补偿电压的瞬时值ΔV(t)。

在本实施例中，该补偿电压的瞬时值即电压纹波值，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

其中，△V(t)为电压纹波值；P_pv为光伏组件301输出的平均直流功率，通过采样光伏并网逆变器201直流侧的输入电压Vdc与输入电流Idc并将它们相乘、滤波后获得；V_av即为母线电压中的直流分量，用电压环211的参考电压Vref代入；ω为交流电网203的角频率；C_d为解耦电容C的容值；t为任意时刻。

执行步骤S405，根据双环控制原理，第一运算单元208将采样得到的光伏并网逆变器201直流侧的输入电压Vdc与预设的电压环211的参考电压Vref相减，再减去补偿电压的瞬时值ΔV(t)。

执行步骤S406，将步骤S405中运算得到的结果输入电压环211进行PI调节。

执行步骤S407，第二运算单元209将电压环211经过PI调节后输出的信号Iref与正弦基准信号sinωt相乘后，作为电流环212的参考电流iref。

执行步骤S408，采样交流电网203的一并网电流信号i_ac(t)，第三运算单元210将电流环212的参考电流iref减去该并网电流信号i_ac(t)。

执行步骤S409，将步骤S408中运算得到的结果输入电流环212进行PI调节。

执行步骤S410，将电流环212经过PI调节后得到的信号输入PWM信号生成模块213，生成一PWM信号来驱动光伏并网逆变器201内的开关管（即转换开关，未图示）。

同样地，在本实施例中，该逆变器201的电压环211的参考电压设为Vref，但是该参考电压Vref可以根据逆变器201的前级电路拓扑结构的不同而不同。图3-a至图3-c分别为本发明一个实施例的光伏并网逆变器所针对的三种不同的光伏系统的结构示意图。例如，当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-a所示的结构时，电压环211的参考电压Vref为固定值（Vbus）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301和光伏微型变换器302。其中，光伏微型变换器302的输入端分别与每个光伏组件301对应连接，其输出端依次串联后与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-b所示的结构时，电压环211的参考电压Vref也为固定值（Vbus）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301和升压型升压电路303（Boost升压电路）。其中，升压型升压电路303的输入端与光伏组件301相连接，其输出端与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

而当图2中所示的多种结构的光伏系统202采用图3-c所示的结构时，电压环211的参考电压Vref为最大功率点追踪（MPPT）计算得到的最大功率点电压（Vmppt）。在此结构中，该光伏系统202包括光伏组件301。其中，光伏组件301直接依次串联后，与光伏并网逆变器201的直流侧相连接。

综上所述，本发明通过计算出电压纹波ΔV(t)的大小，将其实时地叠加在电压环211的参考电压Vref的计算中，从而减小电压环211输出的纹波，即减小电流环212的参考电流的幅值Iref的纹波，提高并网电流的质量，降低并网电流的总谐波畸变率（THD）。

图5-a为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿后电流环的参考电流的幅值与补偿前的对比波形图；图5-b为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿前并网电流的波形示意图；图5-c为本发明一个实施例的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法补偿后并网电流的波形示意图。可见，经过本发明的控制方法与控制系统进行纹波补偿后的参考电流的幅值Iref不再有类似周期型的正弦波动，而并网电流的波形曲线也更加平整、光滑，显示出对并网电流质量的较大提高。

本发明通过对光伏并网逆变器的转换开关的控制优化，不需要增加额外元器件，即可在不增大解耦电容和电压纹波的前提下，有效减小光伏并网逆变器的并网电流的总谐波畸变率（THD），提高并网电能质量。

另外，本发明也可在不增大并网电流的总谐波畸变率（THD）值的情况下，减小逆变器直流侧电容的大小。这样可以减少元件的数量，有效降低逆变器产品的成本和提高可靠性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制方法，所述光伏并网逆变器（201）的直流侧与一光伏系统（202）相连接，其交流侧与一交流电网（203）相连接；所述光伏系统（202）的两端具有一直流电压，作为所述光伏并网逆变器（201）直流侧的输入电压；所述光伏并网逆变器（201）的直流侧还并联有一直流侧电容（204），作为解耦电容；

所述控制方法包括步骤：

A.采样所述交流电网（203）的一实时电压信号；

B.将所述实时电压信号输入一锁相环（207），获得跟所述实时电压信号同频同相的一正弦基准信号；

C.采样所述光伏并网逆变器（201）直流侧的输入电压和输入电流，将其相乘并滤波后得到一平均直流功率；

D.提供预设的一电压环（211）的一参考电压，将其代入一母线电压中的直流分量，经过计算得到一补偿电压的瞬时值；

E.根据双环控制原理，将采样得到的所述光伏并网逆变器（201）直流侧的所述输入电压与预设的所述电压环（211）的所述参考电压相减，再减去所述补偿电压的瞬时值；

F.将步骤E中运算得到的结果输入所述电压环（211）进行PI调节；

G.将所述电压环（211）经过PI调节后输出的信号与所述正弦基准信号相乘后，作为一电流环（212）的参考电流；

H.采样所述交流电网（203）的一并网电流信号，将所述电流环（212）的所述参考电流减去所述并网电流信号；

I.将步骤H中运算得到的结果输入所述电流环（212）进行PI调节；

J.将所述电流环（212）经过PI调节后得到的信号输入一PWM信号生成模块（213），生成一PWM信号来驱动所述光伏并网逆变器（201）内的开关管。

2.根据权利要求1所述的电压环纹波补偿的控制方法，其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301）；

光伏微型变换器（302），其输入端分别与每个所述光伏组件（301）对应连接，其输出端依次串联后与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

3.根据权利要求1所述的电压环纹波补偿的控制方法，其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301）；

升压型升压电路（303），其输入端与所述光伏组件（301）相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

4.根据权利要求1所述的电压环纹波补偿的控制方法，其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301），所述光伏组件（301）直接依次串联后，与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电压环纹波补偿的控制方法，其特征在于，所述补偿电压的瞬时值即电压纹波值，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

其中，△V(t)为所述电压纹波值，P_pv为所述光伏组件（301）输出的平均直流功率，V_av为所述母线电压中的直流分量，ω为所述交流电网（203）的角频率，C_d为所述解耦电容的容值，t为任意时刻。

6.一种采用权利要求1所述的控制方法的光伏并网逆变器的电压环纹波补偿的控制系统（205），所述光伏并网逆变器（201）的直流侧与一光伏系统（202）相连接，其交流侧与一交流电网（203）相连接；所述光伏系统（202）的两端具有一直流电压，作为所述光伏并网逆变器（201）直流侧的输入电压；所述光伏并网逆变器（201）的直流侧还并联有一直流侧电容（204），作为解耦电容；

所述控制系统（205）包括：

锁相环（207），其输入端与所述交流电网（203）相连接，由所述交流电网（203）的一实时电压信号获得跟所述实时电压信号同频同相的一正弦基准信号；

第一运算单元（208），具有三个输入端和一个输出端；其第一输入端与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接，接收所述输入电压；其第二输入端接收预设的一电压环（211）的一参考电压；其第三输入端接收一补偿电压的瞬时值；所述第一运算单元（208）将所述输入电压与所述参考电压相减，再减去所述补偿电压的瞬时值；

电压环（211），其输入端与所述第一运算单元（208）的输出端相连接，对所述第一运算单元（208）运算得到的结果进行PI调节；

第二运算单元（209），具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与所述锁相环（207）的输出端相连接，其第二输入端与所述电压环（211）的输出端相连接；所述第二运算单元（209）将所述电压环（211）经过PI调节后输出的信号与所述正弦基准信号相乘，作为一电流环（212）的参考电流；

第三运算单元（210），具有两个输入端和一个输出端，其第一输入端与所述第二运算单元（209）的输出端相连接，接收所述参考电流，其第二输入端与所述光伏并网逆变器（201）的交流侧相连接，接收所述交流电网（203）的一并网电流信号；所述第三运算单元（210）将所述参考电流减去所述并网电流信号；

电流环（212），其输入端与所述第三运算单元（210）的输出端相连接，对所述第三运算单元（210）运算得到的结果进行PI调节；

PWM信号生成模块（213），其输入端与所述电流环（212）的输出端相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器（201）内的开关管相连接，用于根据所述电流环（212）经过PI调节后得到的信号生成一PWM信号，来驱动所述开关管。

7.根据权利要求6所述的电压环纹波补偿的控制系统（205），其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301）；

光伏微型变换器（302），其输入端分别与每个所述光伏组件（301）对应连接，其输出端依次串联后与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

8.根据权利要求6所述的电压环纹波补偿的控制系统（205），其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301）；

升压型升压电路（303），其输入端与所述光伏组件（301）相连接，其输出端与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

9.根据权利要求6所述的电压环纹波补偿的控制系统（205），其特征在于，所述光伏系统（202）包括：

光伏组件（301），所述光伏组件（301）直接依次串联后，与所述光伏并网逆变器（201）的直流侧相连接。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电压环纹波补偿的控制系统（205），其特征在于，所述补偿电压的瞬时值即电压纹波值，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔV}\left(t\right)=\frac{P_{\mathrm{pv}}}{2\mathrm{\ω}{V}_{\mathrm{av}}{C}_d}\sin 2\mathrm{\ωt}$

其中，△V(t)为所述电压纹波值，P_pv为所述光伏组件（301）输出的平均直流功率，V_av为所述母线电压中的直流分量，ω为所述交流电网（203）的角频率，C_d为所述解耦电容的容值，t为任意时刻。

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