CN105162343B - 一种光伏逆变器的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种光伏逆变器的控制方法及装置，涉及太阳能发电技术领域，能够基本解决控制误差较大的问题,从而提高了光伏并网发电的质量。本发明的方法包括：第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号；第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正控制参数；利用修正后的控制参数生成控制信号并输出。本发明适用于改进传统的PI控制策略。

Description

一种光伏逆变器的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器的控制方法及装置。
背景技术
随着绿色能源技术的快速发展，太阳能已经成为了许多国家的获取电力的重要来源。而在太阳能发电技术应用中，光伏并网发电成为主要的方式之一。其中，逆变器是光伏发电系统的核心组件之一，光伏并网发电系统通过逆变器输出正弦波电流，并实时跟踪电网电压频率和相位，从而减少光伏发电系统对电网谐波的影响。
目前，逆变器的控制策略主要采用滞环比较控制、PI(proportional integral，比例/积分)控制、无差拍控制、滑模变结构控制和重复控制等控制策略。其中，PI控制策略的工程应用最为广泛、成熟，且PI控制策略还具有方法简单、容易实现、动态性能好等特点。
在实际应用中，PI控制策略需要设置一系列的参数初值，并基于所设参数初值执行控制策略。但是，由于系统运行环境受到诸多因素的影响，目前的PI控制策略中对于参数初值的选择往往难以适应系统的实际的运行情况，从而造成控制误差较大的问题,降低了光伏并网发电的质量，并对所并入电网的电能质量造成影响。
发明内容
本发明的实施例提供一种光伏逆变器的控制方法及装置，相比传统PI控制，已基本解决控制误差较大的问题,从而提高了光伏并网发电的质量。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种光伏逆变器的控制方法，所述方法用于一种逆变器，所述逆变器包括第一级控制器和第二级控制器，所述方法包括：
所述第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号；
所述第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数；
利用修正后的控制参数生成控制信号并输出。
第一方面，本发明的实施例提供一种光伏逆变器的控制装置，用于一种逆变器，包括第一级控制器、第二级控制器和PWM生成器；
所述第一级控制器，用于利用控制参数计算误差控制信号；
所述第二级控制器，用于根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数；
所述PWM生成器，用于利用修正后的控制参数生成控制信号并输出。
本发明实施例提供的光伏逆变器的控制方法及装置，能够通过修正控制参数，可以逐步修正输出波形与参考波形有误差，并最终使得输出波形与参考波形误差基本可以忽略，从而实现了自动修正控制参数，克服控制参数初值选择不合理造成输出波形不准确问题，相比传统PI控制，已基本解决控制误差较大的问题,从而提高了光伏并网发电的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的光伏逆变器的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的光伏逆变器的控制方法的具体实例的控制流程图；
图3、4为本发明实施例提供的具体实例中的仿真结果示意图；
图5为本发明实施例提供的具体实例中的并网电流的FFT分析结果示意图；
图6为本发明实施例提供的光伏逆变器的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供一种光伏逆变器的控制方法，如图1所示，包括：
101，所述第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号。
本实施例中逆变器的逆变电路传递函数包括：
逆变电路输出端到滤波电路输出端之间的传递函数为：
所述逆变电路和滤波电路的开环传递函数：
逆变器在运行过程中实时对逆变器的电流值和电压值进行采样。
102，所述第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数。
其中，在运行该方法的逆变器中，至少包括了第一级控制器和第二级控制器。例如，逆变器中的控制器的控制框图可以如图2所示，在图2中，控制器A、D可称为第一级控制器，B、C可称为第二级控制器。
103，利用修正后的控制参数生成控制信号并输出。
例如：生成的控制信号输出并用用于控制并网逆变器开关管的通断，并在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压。
具体的，所述第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号，包括：
在第k+1周期，所述第一级控制器获取所述逆变器的输出电压，并根据所述输出电压和参考电压得到第k+1周期的电压误差E(k+1)，k为正整数。并根据E(k+1)和在所述第k周期获取的误差信号E(k)，生成误差变化信号△E(k+1)＝E(k+1)-E(k)。其中，第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)。
例如：如图2所示的，控制器A采用经典的PI控制，在第k周期，其控制参数为kp(k)、ki(k)。在第k+1周期内，将输出电压与参考电压进行比较，得到第一周期的电压误差E(k+1)。误差信号E(k+1)被送入误差比较模块。在误差比较模块中，误差信号E(k+1)与上一周期(第k周期)的误差信号E(k)进行比较，产生误差变化信号△E(k+1)＝E(k+1)-E(k)。
所述第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数，包括：
所述第二级控制器根据误差变化信号和第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)，通过执行修正策略，得到第k+1周期的控制参数作为修正后的控制参数。
其中，修正策略为：sp和si为控制参数周期的调整系 数，kp(k+1)和ki(k+1)为修正后的控制参数。
例如：如图2所示的，逆变器可以通过控制器B，修正控制器A控制参数kp、ki。误差变化信号向控制器B传输后，通过控制器B调整控制器A中PI控制的控制参数
可选的，以如图2所示的控制框图为例，在本实施例中，所述第一级控制器包括至少两个控制器，所述第二级控制器包括与所述第一级控制器数量相同的控制器，并与所述第一级控制器对应，其中，一个第二级控制器用于修正一个第一级控制器运行时的控制参数。例如：实时采样逆变器的电流值和电压值；并通过经典PI控制在控制器A中计算误差型信号，再通过控制器B，修正控制器A在运行时所用的控制参数kp、ki；同理，通过经典PI控制在控制器C中计算误差型信号，并通过控制器D修正控制器C在运行时所用的控制参数kp、ki；之后，生成的控制信号输出并用用于控制并网逆变器开关管的通断，并在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压。
在本实施例的优选方案中，sp可以取值为0.1，si可以取值为0.01。
为了验证在本实施例所提供方案的效果，可以通过Simulink搭建基于传统PI控制的光伏逆变器。例如：如图3、4所示的仿真波形。利用如图3所示的输出电压仿真波形可知，由于控制参数的初值设置并不准确，导致输出波形与参考波形一直存在误差，使得传统PI控制难以自动调节不合理参数，最终会造成电能质量下降。利用如图4所示的，采取本实施例所述方案后的控制仿真结果可知，由于控制参数的初值设置并不准确，刚开始输出波形与参考波形有误差，经过半周期修正控制参数，至0.03s时，输出波形与参考波形误差基本可以忽略。由以上分析可知，本实施例实现了自动修正控制参数，克服控制参数初值选择不合理造成输出波形不准确问题，相比传统PI控制，已基本解决控制误差较大的问题,从而提高了光伏并网发电的质量。并且，通过Simulink中powergui模块中的FFT(Fast FourierTransformation，快速傅氏变换)分析功能也可以对输出电流进行分析，比如如图5所示，自修正控制参数0.02s开始，检查4周期的波形，其并网电流谐波THD＝4.42％，由FFT分析可知谐波明显下降，因此实现了光伏并网发电较好的入网电能质量。
基于上述方法流程，本实施例还提供一种如图6所示的用于实现方法流程的装置，所述装置用于一种逆变器，包括第一级控制器、第二级控制器和PWM((Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制))生成器；
所述第一级控制器，用于利用控制参数计算误差控制信号；
所述第二级控制器，用于根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数；
所述PWM生成器，用于利用修正后的控制参数生成控制信号并输出。
其中，所述第一级控制器，具体用于在第k+1周期，获取所述逆变器的输出电压，并根据所述输出电压和参考电压得到第k+1周期的电压误差E(k+1)，k为正整数；并根据E(k+1)和在所述第k周期获取的误差信号E(k)，生成误差变化信号△E(k+1)＝E(k+1)-E(k)；其中，第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)；
所述第二级控制器，具体用于根据误差变化信号和第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)，通过执行修正策略，得到第k+1周期的控制参数作为修正后的控制参数；
其中，修正策略为：sp和si为控制参数周期的调整系 数，kp(k+1)和ki(k+1)为修正后的控制参数。
为了验证在本实施例所提供方案的效果，可以通过Simulink搭建基于传统PI控制的光伏逆变器。例如：如图3、4所示的仿真波形。利用如图3所示的输出电压仿真波形可知，由于控制参数的初值设置并不准确，导致输出波形与参考波形一直存在误差，使得传统PI控制难以自动调节不合理参数，最终会造成电能质量下降。利用如图4所示的，采取本实施例所述方案后的控制仿真结果可知，由于控制参数的初值设置并不准确，刚开始输出波形与参考波形有误差，经过半周期修正控制参数，至0.03s时，输出波形与参考波形误差基本可以忽略。由以上分析可知，本实施例实现了自动修正控制参数，克服控制参数初值选择不合理造成输出波形不准确问题，相比传统PI控制，已基本解决控制误差较大的问题,从而提高了光伏并网发电的质量。并且，通过Simulink中powergui模块中的FFT(Fast FourierTransformation，快速傅氏变换)分析功能也可以对输出电流进行分析，比如如图5所示，自修正控制参数0.02s开始，检查4周期的波形，其并网电流谐波THD＝4.42％，由FFT分析可知谐波明显下降，因此实现了光伏并网发电较好的入网电能质量。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种光伏逆变器的控制方法，其特征在于，所述方法用于一种逆变器，所述逆变器包括第一级控制器和第二级控制器，所述方法包括：
所述第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号；
所述第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数；
利用修正后的控制参数生成控制信号并输出；
所述第一级控制器利用控制参数计算误差控制信号，包括：
在第k+1周期，所述第一级控制器获取所述逆变器的输出电压，并根据所述输出电压和参考电压得到第k+1周期的电压误差E(k+1)，k为正整数；并根据E(k+1)和在第k周期获取的误差信号E(k)，生成误差变化信号ΔE(k+1)＝E(k+1)-E(k)；其中，第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)；
所述第二级控制器根据至少两个连续周期内获取的误差控制信号，修正所述控制参数，包括：
所述第二级控制器根据误差变化信号和第k周期的控制参数为kp(k)、ki(k)，通过执行修正策略，得到第k+1周期的控制参数作为修正后的控制参数；
其中，修正策略为：sp和si为控制参数周期的调整系数，kp(k+1)和ki(k+1)为修正后的控制参数；
sp取值为0.1，si取值为0.01；
所述第一级控制器包括至少两个控制器，所述第二级控制器包括与所述第一级控制器数量相同的控制器，并与所述第一级控制器对应，其中，一个第二级控制器用于修正一个第一级控制器运行时的控制参数；所述逆变器输出端到滤波电路输出端之间的传递函数为：
所述逆变器和滤波电路的开环传递函数：
实时采样逆变器的电流值Iout和输出电压值；并通过经典PI控制在控制器A中计算误差型信号，再通过控制器B，修正所述控制器A在运行时所用的控制参数kp、ki；同理，通过经典PI控制在控制器D中计算误差型信号，并通过控制器C修正控制器D在运行时所用的控制参数kp、ki；之后，生成的控制信号输出并用于控制并网逆变器开关管的通断，并在并网逆变器的功率输出端产生期望的输出电压；
其中，所述控制器A在第k+1周期内，得到的电压误差表示为E(k+1)；
控制器A的输出经过与Iout比较后分别输出至误差比较模块和控制器D；
控制器B的输出则输出至所述误差比较模块；
所述误差比较模块的输出则输出至控制器C；
控制器C的输出则输出至控制器D。
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