CN104753058B - 一种直流母线电压谐波抑制计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于单相光伏并网逆变器控制算法，涉及一种直流母线电压谐波抑制计算方法。该控制算法根据直流母线电压二次谐波的周期性特点，通过调整直流母线电压采样周期、电压环控制器计算周期，并与市电电压周期建立对应关系，对相邻时刻的采样值取平均值以获得精确的直流母线电压直流分量，从而可以有效避免传统直流母线电压采样中二次谐波对电压环控制器的干扰，在不增加直流母线电容硬件成本的基础上，大幅度降低电流环电流参考中三次谐波含量，提高并网逆变器的输出电流质量。

Description

一种直流母线电压谐波抑制计算方法

技术领域

本发明涉及一种直流母线电压谐波抑制计算方法，此方法适用于单相光伏并网逆变器中。

背景技术

太阳能属于绿色能源，可通过太阳能光伏发电系统将能量输送到电网，目前，越来越多的户用型单相并网逆变器连接到电网。对户用型单相光伏并网逆变器来说，由光伏电池板输入到逆变器直流母线电容的瞬时功率为直流量，从母线电容输出到电网的瞬时功率为直流分量和二倍频交流分量的叠加值，这样对直流母线电压来说，就不可避免地存在的二次电压谐波，谐波电压幅值随着逆变器输出功率的增大而增大。

并网逆变器一般都采用电压外环和电流内环的双环控制架构。电压外环稳定直流母线电压，电流内环控制并网输出电流的波形及相位与电网电压保持一致。由于直流母线电压含有二次电压谐波，导致电压环控制器输出会含有谐波分量，引起并网电流参考畸变，含有三次谐波分量，最终会影响并网电流质量，给电网带来谐波污染。解决该问题的传统方法一般有两种：第一、增大母线电容容值来抑制直流母线电压谐波；第二、提高直流母线工作电压以降低二次电压谐波。这些解决方法需要增加电容个数或者提高电容的耐压等级，会导致硬件成本增加。

发明内容

为了降低直流母线电压二次谐波分量对单相光伏逆变器并网输出电流质量的影响，减少对电网的谐波污染，本发明提出一种直流母线电压谐波抑制计算方法，是一种软件控制算法。根据二次谐波与市电电压的周期性特点，通过调整直流母线电压采样周期、电压环控制器计算周期，并与市电电压周期建立对应关系，以完成对输入到电压环控制器中直流母线电压二次谐波的抑制。

本发明解决所述技术问题的方案是：

1.市电电压的周期为T，直流母线电压采样周期为T/4。

2.电压环控制器的计算周期为T/4，直流母线电压采样与电压环控制器计算同步进行，直流母线电压采样时刻和市电电压的相位无关，只需要保证直流母线电压采样周期为市电电压周期的四分之一。

3.根据当前时刻的母线电压采样值和上一周期对应时刻的采样值，取其平均值以获得直流母线电压反馈值。

4.直流母线电压二次谐波的频率会随着市电电压频率的变化而变化，应该对直流母线电压采样频率及电压环计算频率进行调整，保证任意时刻直流母线电压采样频率和电压环计算频率都是市电频率的四倍。

本发明的有益效果是：

本发明是一种软件控制算法，可应用于单相光伏并网逆变器中。通过对直流母线电压采样周期和电压环控制器计算周期进行调整，可以有效获取直流母线电压中的直流分量，从而避免传统直流母线电压采样中二次谐波对电压环控制器的干扰，大幅度降低电流环参考中三次谐波含量，提高并网逆变器输出电流质量。

附图说明

图1给出了市电电压和直流母线电压波形对应关系以及直流母线电压采样和电压环控制器计算时刻；

图2是单相光伏并网逆变器双环控制框图。

附图中表示市电电压，V_g表示市电电压的幅值，T表示市电电压周期；V_bus表示直流母线电压；表示直流母线电压中的直流分量；表示直流母线电压中的二次交流分量的幅值；t₀、t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₈表示直流母线电压采样时间点；V_{bus_t0}、V_{bus_t1}、V_{bus_t2}、V_{bus_t3}、V_{bus_t4}、V_{bus_t5}、V_{bus_t6}、V_{bus_t7}、V_{bus_t8}分别表示在t₀、t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₈时刻直流母线电压的采样值。

附图2中V_{bus_k}为第时刻的直流母线电压采样值，V_{bus_(k-1)}为第时刻的直流母线电压采样值，V_ref为直流母线电压的参考，V_err为输入到电压环控制器中的电压误差信号，V_m为电压环控制器输出信号，i_ref为电流环参考信号，i_L为并网逆变器滤波电感电流，G_v(s)和G_i(s)分别为电压环控制器和电流环控制器。

具体实施方式

请参考图1，直流母线电压采样周期为市电电压周期的相邻采样时刻间隔电压环控制器的计算周期也为市电周期的直流母线电压采样与电压环控制器计算同步进行。

直流母线电压可以表示为

$V_{\mathrm{bus}}={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{bus}}+{\tilde{V}}_{\mathrm{bus}}\sin (\frac{4\mathrm{\π}}{T}t+\mathrm{\σ})---\left(1\right)$

其中σ为滞后角度。

第k时刻的直流母线电压采样V_{bus_k}可以表示为

$V_{\mathrm{bus}\_k}={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{bus}}+{\tilde{V}}_{\mathrm{bus}}\sin (\frac{4\mathrm{\π}}{T}t+\mathrm{\σ})---\left(2\right)$

这样，第k+1时刻的直流母线电压采样V_{bus_(k+1)}可以表示为

$V_{\mathrm{bus}\_(k+1)}={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{bus}}+{\tilde{V}}_{\mathrm{bus}}\sin \left[\frac{4\mathrm{\π}}{T}\right(t+\frac{T}{4}+\mathrm{\σ}]={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{bus}}-{\tilde{V}}_{\mathrm{bus}}\sin [\frac{4\mathrm{\π}}{T}t+\mathrm{\σ}]---\left(3\right)$

取其平均值得到直流母线电压中的直流分量

$\frac{V_{\mathrm{bus}\_(k+1)}+V_{\mathrm{bus}\_k}}{2}={\stackrel{\‾}{V}}_{\mathrm{bus}}---\left(4\right)$

通过对相邻时刻的采样值取平均值，将其作为k+1时刻直流母线电压反馈信号，此反馈量为纯直流分量，从而可以消除直流母线电压二次谐波分量对电压环控制器的干扰。

实施例1

根据图1所示，当电压环控制器在t₁时刻开始计算时，输入到电压环控制器中的反馈电压为t₀时刻电压采样值V_{bus_t0}和t₁时刻电压采样值V_{bus_t1}的平均值，即为同理，当电压环控制器在t₂时刻开始计算时，输入到电压环控制器中的反馈电压为当电压环控制器在t₃时刻开始计算时，输入到电压环控制器中的反馈电压为......；当电压环控制器在t_k时刻开始计算时，输入到电压环控制器中的反馈电压为也就是说当前时刻输入到电压环控制器中的反馈电压为上一周期直流母线电压采样值和当前时刻直流母线电压采样值的平均值。直流母线电压采样时刻和市电电压的相位无关，只需要保证直流母线电压采样周期为市电电压周期的四分之一，就可以实现直流母线电压反馈信号为母线电压直流分量。根据直流母线电压纹波的周期性特点，设定采样周期和计算周期为市电电压周期四分之一的计算方法，有效地抑制了直流母线电压反馈信号中的二次谐波，消除了纹波对控制器的干扰，那么电流环参考电流i_ref中的三次谐波分量大幅度降低，有效地降低了并网电流的畸变率，提高了并网电流波形质量。

Claims (3)

1.一种直流母线电压谐波抑制计算方法，其特征在于：应用于单相光伏并网逆变器中的一种软件控制算法，通过对直流母线电压采样周期和电压环控制器计算周期进行调整，以抑制直流母线电压采样中的谐波分量；直流母线电压采样周期和电压环控制器的计算周期相同，直流母线电压采样时刻和市电电压的相位无关，只需要保证直流母线电压采样周期为市电电压周期的四分之一。

2.根据权利要求1所述的一种直流母线电压谐波抑制计算方法，其征在于：当市电频率变化时，需要对直流母线电压采样周期及电压环控制器计算周期进行调整，保证任意时刻直流母线电压采样周期和电压环控制器计算周期都是市电电压周期的四分之一。

3.根据权利要求1所述的一种直流母线电压谐波抑制计算方法，其特征在于：根据当前时刻的母线电压采样值和上一时刻的母线电压采样值，两者相位相差180度，取两者平均值以获得直流母线电压反馈值。