CN105958527B - 一种光伏并网逆变器的多参数滞环电流复合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于克服传统太阳能逆变装置的控制方法的缺点而提出一种多参数滞环电流复合控制方法，这种方法在系统的鲁棒性和动态性能及对非线性负载的谐波消除上进行改进，能够很好的满足光伏并网的要求。所述新型控制策略针对系统扰动大时采用准PR控制器降低系统扰动和稳态误差，提高系统动态性能，在系统接近稳态时采用重复控制补偿系统的相位误差。所述多参数滞环电流控制复合策略能够维持开关频率的稳定，降低开关的损耗。所述复合控制策略不仅适用于单相并网光伏系统，同时也适用于三相光伏并网系统，有利于光伏并网逆变器输出高质量的并网电压和电流波形。

Description

一种光伏并网逆变器的多参数滞环电流复合控制方法

技术领域

本发明涉及一种光伏并网逆变器的高效控制方法，属于电力技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，逆变装置在各领域中的重要性也日益显现，光伏作为分布式发电中的一种无污染、可再生能源，现已被广泛使用，其中光伏并网系统最关键的部件是逆变器，光伏并网逆变器控制作为光伏并网发电系统与电网之间的接口，其性能的好坏直接关系到光伏电池的利用率，因此对光伏并网逆变器的控制方法要求也越来越高。

实际应用中，由于越来越多的非线性负载如内含整流设备的负载接入电网，极易造成输出电压、电流畸变，影响整个系统的稳定性。逆变器的外特性以及带载能力是衡量逆变器性能的重要指标，传统单一的并网控制方法不能得到高质量的输出电压电流波形。如滞环电流控制具有快速的瞬态响应和较高的稳定性，但存在开关频率不固定的缺点。此外重复控制是一种能够消除稳定闭环内所有周期性误差的控制系统，可以实现在稳态条件下对给定信号完美的跟踪，具有补偿系统相位误差的优点。但重复控制由于延迟因子的存在，在干扰出现的一个基波周期内，系统对干扰不产生任何调节作用，因此重复控制的动态性能较差。比例节分(PI)控制器具有简单可靠的性能，可以保证开关频率的波动范围，但存在稳态幅值和相位误差及有限的抗干扰能力的缺点。和PI控制器相比，比例谐振(PR)控制器可以达到零稳态误差，极高有选择的抗电网电压干扰的能力。因此本发明人提出了一种应用于光伏并网逆变器的多参数滞环电流复合控制方法，利用准PR控制器对正弦信号零稳态误差和重复控制完全补偿系统相位误差，保证开关频率的波动范围，从而实现向电网系统输送质量较高的并网电流，提高光伏并网的效率。

发明内容

本发明的目的在于为克服传统太阳能逆变装置的控制方法的缺点而提出一种多参数滞环电流复合控制方法，这种方法在系统的鲁棒性和动态性能及对非线性负载的谐波消除上进行改进，能够很好的满足光伏并网的要求。

为了实现所述目的，本发明的技术特征如下：

一种应用于光伏并网逆变器的多参数滞环电流复合控制方法，采用的是电压外环，电流内环的双环控制方式。该控制过程的电压外环包含的控制器有准P R控制器，重复控制器，电流内环包含一种多参数自适应的滞环电流控制器。该控制方法的控制思想是：引入环宽反馈，设置一个环宽h，在系统扰动大时采用准PR控制与多参数滞环电流控制结合方法，在系统接近稳态时采用重复控制与多参数滞环电流控制结合的方法。

(1)所述准PR控制器包括比例控制，积分控制和谐波补偿模块，其传递函数为：

k_p为准PR控制器的基波比例控制系数，k_r为准PR控制器的谐振增益，w_c表示截止频率，w₀表示基波频率，k_hn为准PR控制器n次谐波积分控制系数，n表示谐波次数。公式的第一项是比例控制部分，第二项是谐振控制部分，当电网电压中存在谐波时，由于系统带宽有限，导致电网电压谐波在并网电感上产生谐波电流，从而导致并网电流畸变。为了减小电流畸变，可在准PR控制基础上加入谐波补偿器，此时考虑上述公式的第三项。准PR控制的主要作用在于实现电网电压的稳态误差跟踪，输出参考电流给滞环电流控制器。

(2)所述重复控制器用来消除系统的周期性跟踪误差，减小逆变器输出电压波形畸变，实现系统的相位补偿功能。它采用层叠式重复控制系统结构，包括周期延迟环节z^-N、小于1的常数环节Q(z)、补偿环节S(z)、相位补偿环节z^k、比例因子其扰动输入d(k)对跟踪误差e(k)的传递函数为：

(3)所述多参数滞环电流控制的输入参考电流为电感电流i_lref，其是在逆变器逆变器数学模型基础上，计算出开关频率同滞环宽度、电路参数以及逆变器输出变量的运算规律，使滞环宽度根据逆变器各参数进行自适应调整，从而使开关频率基本维持不变，其主要用于降低器件开关的损耗的同时控制开关逆变输出高质量的电压电流波形。

附图说明

图1是本发明采用的复合控制在单相光伏系统并网的应用。

图2是本发明采用的新型逆变器复合控制框图。

图3是多参数滞环电流控制原理图。

图4是电压外环复合控制的结构框图。

具体实施方式

以下将结合图和具体实施过程对本发明作进一步详细说明：

参见图1，图1所示为单相光伏并网系统复合控制的原理图，设置所述准PR控制器与重复控制器的参考电压为U_gref＝U_gsinwt，其中U_gref为希望追踪的电网电压，U_g为电网电压，w为电网的基波频率。将电网的参考电压U_gref与电网的实际电压U_g'进行比较，所得的差值送入准PR控制器和重复控制器的复合控制器中，在系统扰动大时通过模式切换开关选择准PR控制器作用，降低系统扰动和增加动态抗干扰能力，可以实现系统零稳态误差。在系统接近稳态时，通过模式切换开关选择重复控制器，其用来消除系统的周期性跟踪误差，减小逆变器输出电压波形畸变，实现系统的相位补偿功能。具体控制的选择框图可参见图2所示。继续对照图1，准PR控制器和重复控制器输出参考电感电流i_Lref，与实际电感电流i_L相比较送入多参数滞环控制器中，通过多参数滞环电流控制器驱动开关的导通和关断，从而得到所期望的高质量并网电压电流输出波形。

参见图3，i_Lref为参考指令电流，i_L为实时并网电感电流，U_s为输入直流母线的电压，h为滞环宽度的一半。假设为实时并网电感电流的上升电流，为实时并网电感电流的下降电流，在开关管的一个开关周期T_s内，T_s＝T_on+T_off，通过相应的公式推导可得：

式中，U_s为直流母线侧输入电压、U_g为网侧电压、L为滤波电感、di_Lref/dt为指令电流关于时间的斜率、f_s为开关管开关频率。通过控制四个IGBT器件T1，T2，T3，T4，直流侧电压变为交流电压输送到电网中。变环宽滞环比较器能够检测电网的电流并与期望值进行比较，比较的差值出入滞环控制器，通过编程控制门级逻辑单元来实现对T1，T2，T3，T4有效控制，实现开关频率的相对稳定，并达到所期望的效果。

参见图4，图4为电压外环复合控制的结构框图，其表示的是准PR控制器与重复控制器的并联式复合控制结构，采用复合控制后，系统抗扰动的能力加强。采用并联式结构，只要重复控制器设计合理，系统就能获得比较好的抗扰动特性。其整个电压外环的函数关系如下所示：

其中z^-N为周期延迟环节、Q(z)为小于1的常数环节、S(z)为补偿环节、相位补偿环节z^k、比例因子扰动输入为d(z)，跟踪误差为e(z)，输出为y(z)，K_PR(s)为准比例谐振的传递函数。

Claims (1)

1.一种光伏并网系统的复合控制方法，其特征在于：在传统电流滞环控制电流的基础上提出一种结合重复控制和准比例谐振控制的复合多参数滞环电流控制方法，利用准PR控制器具有零稳态误差和重复控制器能精确补偿所述光伏逆变器并网系统相位的性能，在多参数滞环电流控制器中引入环宽反馈，控制逆变器开关的导通和关断，从而实现向电网系统输送电能质量较高的并网电流；其具体步骤为：

①设所述准PR控制器与重复控制器的参考输入电压为U_gref＝U_gsinwt，其中U_gref为希望追踪的电网电压，U_g为电网电压，w为电网的基波频率，将电网的参考输入电压U_gref与电网的实际电压U_g'进行比较，所得的差值送入准PR控制器和重复控制器的复合控制器中；

②所述复合控制方法在系统扰动大时通过模式切换开关选择准PR控制器作用，在系统接近稳态时，通过模式切换开关选择重复控制器；

其中，所述准PR控制器的传递函数为：

k_p为准PR控制器的基波比例控制系数，k_r为准PR控制器的谐振增益，w_c表示截止频率，w₀表示基波频率，k_hn为PR控制器n次谐波积分控制系数，n表示谐波次数；

所述重复控制器采用层叠式重复控制系统结构，包括周期延迟环节z^-N、小于1的常数环节Q(z)、补偿环节S(z)、相位补偿环节z^k、比例因子其扰动输入D(z)对跟踪误差E(z)的传递函数为：

③设准PR控制器或重复控制器输出参考电感电流i_Lref，与实际电感电流i_L相比较送入多参数滞环电流控制器中，通过多参数滞环电流控制器驱动开关的导通和关断，从而得到所期望的高质量并网电压电流输出波形。