CN103929054A - 一种用于光伏并网逆变器的软启动方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于光伏并网逆变器的软启动方法，基于数字PI控制思想，以固定时间内光伏阵列输出功率变化不超过设定值为目标，提出一种变步长的光伏阵列电压扰动控制方法。该方法解决了传统电压扰动方法因为P-U(功率-电压)曲线的非线性造成光伏阵列输出功率的不可预测性，使得逆变器的直流母线电压突增对母线电容的损害，或输出电流对交流侧造成冲击的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光伏并网发电领域，具体涉及到光伏并网逆变器的软启动控制技术。
背景技术
太阳能的分布范围广泛、清洁无噪声、无污染，具有许多传统能源无法比拟的优越性，是缺乏常规能源的国家和地区解决能源危机的最佳选择之一。光伏发电是太阳能发电的主要形式之一。随着电力电子技术和光伏应用技术的发展，并网逆变器作为光伏并网的基本接口单元，应用前景广阔。由于光伏输出的随机性和其本身输出特性的影响，要最大限度地利用太阳能，逆变器须提供光伏阵列的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)技术。
光伏阵列的最大功率点跟踪方法有恒电压跟踪法、干扰观测法、电导增量法等，其中干扰观测法应用比较广泛。该方法一般采用功率反馈方式，对光伏阵列的输出电压、电流进行采样后求取输出功率。在一定的时间间隔内给光伏阵列一个扰动量，可以增加或者减小其输出电压，根据反馈回来的输出功率判断下一次的扰动方向。而传统的干扰观测法无法对光伏阵列的输出功率变化率进行精确控制，使得并网逆变器对交流侧造成冲击，逆变器的直流母线电压突增使得母线电容过压，影响其寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种光伏并网逆变器的软启动方法，解决了传统的干扰观测法应用于光伏并网逆变器时调节输出功率变化率困难、直流母线电容电压突增造成过压、输出电流对电网造成冲击的难题，改善并网逆变器的性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于数字PI控制的光伏并网逆变器软启动方法，适用于依次连接有光伏阵列、用于DC／DC变换和MPPT的BOOST电路以及逆变器的光伏发电系统，对于其中所述的BOOST电路，所述的软启动方法包含以下步骤：
(1)每个工频周波对光伏电池板的输出功率进行一次计算，其中第n个工频周波的输出功率为PDC(n)，第n-1个工频周波的输出功率为PDC(n-1)，两者相减得到功率差ΔP(n)；
(2)计算PI调节器的比例参数kp=k·ΔP(n)，k为灵敏度系数；
(3)一个周波之内允许光伏电池板输出的功率增加值为ΔPref，ΔPref与ΔP(n)的差值做为PI调节器的输入，PI调节器的输出ΔUref(n+1)做为光伏阵列的输出电压扰动步长；
(4)计算出第n+1个工频周波时的光伏输出参考电压Upv_ref(n+1)=sign·ΔUref(n+1)+Upv(n)，其中|sign|=1，其正负号与ΔP(n)一致，Upv(n)是第n个工频周波时的光伏阵列输出平均电压；
(5)实时采样得到当前时刻光伏阵列输出电压Upv、电流Ipv以及直流母线电压Udc，与Upv_ref(n+1)做为双环控制算法模块的输入，经过计算后得到BOOST电路开关的占空比。
所述的双环控制算法模块的作用是稳压恒流，经过BOOST开路开关的调节作用使得光伏阵列在第n+1个工频周波的时候输出所期望的电压Upv_ref(n+1)，达到控制光伏阵列输出功率变化率的目的。
附图说明
图1为本发明适用的光伏并网逆变器结构示意图
图2为不同外部条件下光伏阵列不同的功率-电压(P-U)曲线
图3为双环控制策略
具体实施方式
下面结合附图1～图3对本发明在光伏并网逆变器的软启动控制中作详细的说明。如图1所示的两级式光伏并网逆变器结构，前级BOOST(200)电路完成DC／DC变换以及MPPT控制，后级的逆变器(300)完成DC／AC转换，采用无差拍控制算法，控制并网电流波形和功率因数，同时对直流母线上的电容电压进行控制，维持其电压在目标值附近。本发明主要运用在前级的BOOST电路开关(S5)控制上，以下将重点介绍本发明在控制BOOST电路开关的实施过程。
本发明在实施过程中需要实时采样的数据有：光伏阵列的输出电压Upv、电流Ipv以及直流母线电压Udc，采样频率根据需要设定。具体的实施步骤如下：
(1)根据光伏阵列输出功率变化率计算得到每个工频周波内允许的功率增加值ΔPref；
(2)每个工频周波计算光伏阵列的输出电压Upv、电流Ipv的平均值为Upv(n)、Ipv(n)；
(3)计算得到一个工频周波内光伏阵列的输出功率为P(n)；
(4)计算得到第n和第n-1个周波的功率变化量ΔP(n)，并算出此时的PI调节器的比例参数kp=k·ΔP(n)。从图2中可以看出，在某条P-U曲线上，越靠近最大功率点处，同样的电压变化量，光伏阵列输出的功率变化量越小，在线对参数kp进行计算可以避免在最大功率点附近时光伏输出的电压、电流剧烈振荡；
(5)将ΔP(n)和ΔPref的差值做为PI调节器的输入参数，PI调节器的输出ΔUref(n)做为光伏阵列的输出电压扰动步长；
(6)计算出第n+1个工频周波时的光伏输出参考电压Upv_ref(n+1)=sign·ΔUref(n)+Upv(n)；
(7)将Upv_ref(n+1)、Upv、Ipv和Udc作为双环控制算法模块的输入进行计算，得到控制BOOST电路开关的PWM调制脉冲，该PWM调制脉冲控制开关的通断。双环控制策略的计算过程如附图3所示。
双环控制算法的作用是稳压恒流，使光伏阵列输出所期望的电压Upv_ref(n+1)。重复步骤(2)～步骤(7)进行MPPT，达到软启动的目的。
尽管本发明的内容已经通过上述实施例作了详细说明，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.一种用于光伏并网逆变器的软启动方法，其特征在于：针对传统的电压扰动控制方法在光伏并网逆变器对光伏阵列的最大功率点进行跟踪时不能精确控制输出功率变化率，从而造成逆变器对电网造成冲击的问题，提出一种基于数字PI控制的光伏并网逆变器的软启动方法，解决了传统的电压扰动法由于光伏阵列P-U(功率-电压)曲线的非线性，从而不能准确调节其输出功率变化率，使逆变器的直流母线电压过高或对电网造成冲击的问题。
2.根据权利要求1所述的用于光伏并网逆变器的软启动方法，其特征在于控制方法的实施步骤包括：
(1)每个工频周波对光伏阵列的输出功率进行一次计算，第n个工频周波的输出功率为PDC(n)，第n-1个工频周波的输出功率为PDC(n-1)，两者相减得到功率变化量ΔP(n)；
(2)计算PI调节器的比例参数kp=k·ΔP(n)，k为灵敏度系数；
(3)一个周波之内允许光伏阵列输出的功率增加值为ΔPref，ΔPref与ΔP(n)的差值做为PI调节器的输入，PI调节器的输出ΔUref(n+1)做为光伏阵列的输出电压扰动步长；
(4)计算第n+1个工频周波时的光伏输出参考电压 其中|sign|=1，其正负号与ΔP(n)一致，Upv(n)是第n个工频周波时的光伏阵列输出电压的平均值。
3.根据权利要求1所述的用于光伏并网逆变器的软启动方法，其特征在于：
(1)在实施步骤(2)中，根据光伏阵列P-U曲线的特点，所述软启动方法采用的PI调节器的比例放大参数kp根据ΔP(n)进行在线计算，使得逆变器在启动初期光伏阵列输出电压能稳定变化，输出功率稳定上升，在光伏阵列的最大功率点附近时输出功率波动比较小的情况下避免光伏阵列输出电压和电流的剧烈波动；
(2)通过反馈回来的光伏阵列输出功率变化量做为PI调节器的输入，PI调节器的输出做为光伏阵列的输出电压扰动步长，能比较精确地控制光伏阵列输出功率的变化率。
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