CN104065288A - 光伏并网逆变器迭代比例积分电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光伏并网逆变器迭代比例积分电流控制方法：第一步，将一个采样周期中k、k-n时刻电流值分别进行积分，再差运算得出输出电流表达式；第二步，由迭代比例积分控制的传递函数推导出并网逆变器输出电流的传递函数；第三步，用时间乘绝对误差积分准则作为目标函数，进而改变迭代比例积分的参数；第四步，通过比较并网电流给定参考值和实际并网电流得出差值；再运用迭代比例积分进行处理，产生相应的SPWM信号来控制功率管开关。该方法能使实际并网电流无静差的跟踪电流参考值，使得并网逆变器输出与电网同频同相的正弦波电流，从而提高了电流无差跟踪能力。仿真和实验结果表明，该方法具有控制精度高和稳定性好等特点。

Description

光伏并网逆变器迭代比例积分电流控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器电流控制方法，特别是一种迭代比例积分控制方法。

背景技术

光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的核心部件，它的控制方法在提高光伏并网发电系统的运行效率、可靠性、电能质量等方面发挥重要作用。迭代比例积分控制可以有效抑制并网逆变器输出电流的谐波扰动，改善了其输出电能质量，提高系统运行的稳定性，具有非常广阔的应用前景。目前，已有一些文献针对光伏并网逆变器输出电流的稳定问题提出了相应的控制方法。2007年第33期《中国电机工程学报》中的“一种新型光伏并网逆变器控制策略”一文采用新的三角波−三角波调制方法，将导抗变换器和并网逆变系统有机结合在一块，运用变换器的电压源−电流源变换特性，使光伏电池阵列的电压变换为正弦包络线的高频电流，经过高频DC-DC变换来传输功率，再通过工频逆变器逆变后实现并网发电。另外，采用电网电压的过零信号来控制工频逆变器，使其并网输出电流和电网电压同步，降低了并网电流谐波分量，进一步提高光伏逆变并网系统功率因数，实现正弦电流并网，但是该控制策略适用范围较小，仅适合分散式的小型家用光伏并网发电系统。2011年第21期《中国电机工程学报》中的“LCL滤波器的单相光伏并网控制策略”一文提出一种电压环、电容电流环和功率环的并网控制策略，推导了系统的闭环传递函数，分析了控制参数对系统闭环极点分布和稳定性的影响，但是在控制参数设计过程中，没有考虑引入调节通道对系统稳定性的影响。2008年第33期《中国电机工程学报》中的“一种新颖的电压控制型逆变器并网控制方案”一文运用基于谐波电压重复控制的逆变器新型并网策略，通过快速谐波检测算法来检测并网电感两端电压谐波，且加到指令信号中，采用重复控制主动发出相应的谐波电压来补偿谐波电流、缩小输出电抗的谐波电压差和改善并网输出电流波形质量，但是很难降低并网电流总体谐波畸变率。2007年第9期《电力电子技术》中的“单相并网逆变器功率控制的实现”通过功率控制策略来提高并网电流的功率因数和幅值精度，但没有分析并网逆变器控制系统的参数设计和稳定性。

发明内容

本发明针对光伏并网逆变器输出电流控制问题，提出一种迭代比例积分控制方法来实现对周期量的无静差跟踪，抑制光伏并网逆变器输出电流中的周期性扰动分量，有效提高光伏并网逆变器输出电流的波形质量。仿真和实验结果表明，该方法具有控制精度高和稳定性好等特点。其原理与基本步骤为：

具体实施步骤如下：

第一步，并网逆变器的控制输入值是由电流给定参考值I_ref 与实际的并网电流I_out 的差值I_e 组成的，控制的反馈值是电网侧电流I_out 。将一采样周期中k 、 k-n时刻电流值进行积分并作差可求出输出电流表达式： ，K_p 为比例增益，K_i 为积分常数；

第二步，令迭代比例积分控制的传递函数为G(s)，I_ref 是与电网电压同频同相的并网电流参考信号，滤波环节传递函数为,则求出并网逆变器输出电流的传递函数为：

，

进而可知并网逆变器输出电流随着参考电流、电网电压以及迭代比例积分控制变化而变化；

第三步，采用时间乘绝对误差积分准则作为目标函数，进而改变迭代比例积分的参数，使系统响应达到规定的衰减率，确保调节输入瞬态响应振荡性小；

第四步，通过比较将要并网的电流给定参考值I_ref 和实际并网电流I_out 得出差值I_e ，再将差值I_e 返回到迭代比例积分控制中使I_out 实时跟踪I_ref ，产生相应的SPWM信号来控制功率管开关，使得光伏并网逆变器输出为与电网同频同相的正弦波电流，从而提高了电流无差跟踪能力。

附图说明

图1 迭代比例积分控制方法

图2 并网参考电流和输出电流稳态波形

图3 并网参考电流和输出电流动态波形

图4 光伏并网逆变器输出电压电流波形

仿真与实验结果分析

利用Matlab/Simulink仿真软件搭建系统仿真模型，仿真参数如下：电网电压220V/50Hz，直流侧母线电压380V，设定IGBT为全桥逆变形式，开关频率20kHz，滤波电感3mH，滤波电容14uf，线路电阻2Ω，PI控制器参数K_p =0.17，K_i =16。

仿真中，假定网侧电压有较大波动，其谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)为5.2%。图2、图3为采用传统PI控制和迭代比例积分控制下并网参考电流I_ref 和输出电流I_out 稳态和动态仿真结果。由图2可知传统PI控制下并网电流的波形畸变明显，而迭代比例积分控制下并网电流与参考电流波形基本重合，并网电流高频谐波基本被滤除，波形质量较好。

由图3(a)可知，当参考电流I_ref 突变时，传统PI控制下的并网电流跟踪参考电流的能力较差，而由图3(b)可知，运用迭代比例积分控制可使并网电流准确快速的跟踪给定参考电流，能无静差调节周期性扰动量。

为了验证上述控制方法的效果，搭建了5kW单相光伏并网逆变器实验平台，主电路采用单相全桥拓扑，DSP控制器采用TMS320F2812，主要样机参数如下：滤波电容64μF，滤波电感3.6mH，DSP采样频率和功率管开关频率均为15 kHz。在该实验平台上对所提出的迭代比例积分控制方案进行实验验证。

图4显示为采用传统PI控制和迭代比例积分控制两种情况下逆变器并网输出电压电流的实验波形。采用HDGC3510电能质量分析仪对图4(a)中的输出电流进行分析可得，电流THD为6.83%，功率因数λ=0.999，并网电流中的主要谐波分量为5次谐波；对图4(b)波形分析得到λ=0.999，电流THD仅为2.42%，优于国标规定的5%，无明显毛刺现象，波形畸变率小，输出电流5次谐波分量得到明显抑制。实验结果证明了该方法的有效性和可行性。

Claims (2)

1.本发明主要提出一种光伏并网逆变器迭代比例积分电流控制方法，具体原理和做法如下：

第一步，并网逆变器的控制输入值是由电流给定参考值I_ref 与实际的并网电流I_out 的差值I_e 组成的，控制的反馈值是电网侧电流I_out 。

2.将一采样周期中的k、k-n时刻电流值分别进行积分，再差运算求出输出电流表达式： ，式中K_p 为比例增益，K_i 为积分常数；

第二步，令迭代比例积分控制的传递函数为G(s)，I_ref 是与电网电压同频同相的并网电流参考信号，滤波环节传递函数为,则求出并网逆变器输出电流的传递函数为：

，

进而可知并网逆变器输出电流随着参考电流、电网电压以及迭代比例积分控制变化而变化；

第三步，采用时间乘绝对误差积分准则作为目标函数，改变迭代比例积分的参数，使系统响应达到规定的衰减率，确保调节输入瞬态响应振荡性小；

第四步，通过比较并网电流给定参考值I_ref 和实际并网电流I_out 得出差值I_e ，再将差值I_e 返回到迭代比例积分控制中使I_out 实时跟踪I_ref ，产生相应的SPWM信号来控制功率管开关，使得光伏并网逆变器输出为与电网同频同相的正弦波电流，从而提高了电流无差跟踪能力。