CN107769260A - 一种两级式光伏逆变器并网控制装置 - Google Patents

一种两级式光伏逆变器并网控制装置 Download PDF

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Abstract

一种两级式光伏逆变器并网控制装置，包括：光伏阵列模块、DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路、DC/DC控制模块和DC/AC控制模块；其中，DC/DC控制器模块中包括有第一线性自抗扰控制模块；DC/AC控制模块包括有第二线性自抗扰控制模块和第三线性自抗扰控制模块，设置的第一线性自抗扰控制模块、第二线性自抗扰控制模块和第三线性自抗扰控制模块用于消除扰动，使系统鲁棒性强。本发明结构简单，实现方便，既消除了系统扰动，使并网电流的谐波含量较低，又增强了系统的鲁棒性。

Description

一种两级式光伏逆变器并网控制装置
技术领域
本发明属于电力电子变换技术领域，涉及一种两级式光伏逆变器并网控制装置。
背景技术
随着社会的进步与发展，传统能源的消耗不仅不能满足人类未来的需求，而且还会带来环境污染等问题，因此大力发展新能源成为一种必然趋势，而太阳能作为一种最理想的新能源，可以为光伏阵列供应能源。
逆变器作为太阳能发电系统与电网联系的接口，在并网系统中起到至关重要的作用。工作的时候，光伏组件输出的功率经过DC/DC变换器升压，再经DC/AC变换器接入电网。为了获得较高品质的并网电流，逆变器通过逆变侧的LCL滤波器经线路阻抗在公共耦合点和电网联结在一起。LCL型滤波器相比于单电感Ｌ型滤波器，可以利用较小的总电感值对系统高频毛刺实现更好的抑制效果，而LCL型滤波器容易产生谐振，使并网电流发生畸变。
传统的控制策略采用PI控制器，逆变器的输出通过LCL滤波器和电网耦合连接在公共耦合点。当逆变器采用正弦脉宽调制技术时存在惯性环节，采用PI控制器时两级式光伏逆变器并网系统存在较长的延时；由于光伏阵列受光照强度、环境温度等不定因素影响，PI控制器对这些扰动调节乏力；电网中含有低次谐波，将低次谐波看作扰动，PI控制器调节效果受限制。传统的PI控制器的并网电流不仅与LCL滤波器的阻抗有关而且还与并网电压有关。LCL滤波器阻抗值的不同同时并网电压中的谐波等扰动都会影响并网电流的品质。
发明内容
本发明旨在提供一种结构简单、抗干扰性强且响应速度快的两级式光伏逆变器并网控制装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种两级式光伏逆变器并网控制装置，包括光伏阵列模块、DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路、DC/DC控制模块和DC/AC控制模块；
所述DC/DC控制器模块包括：最大功率跟踪模块、第一线性自抗扰控制模块和脉冲宽度调制模块，最大功率跟踪模块的电流输入端连接光伏阵列模块中的光伏极板的电流采集输出端；光伏极板的电压采集输出端连接最大功率跟踪模块的电压输入端和第一线性自抗扰控制模块的第二输入端；第一线性自抗扰控制模块的第一输入端连接最大功率跟踪模块的输出端；第一线性自抗扰控制模块的输出端连接脉冲宽度调制模块的输入端，脉冲宽度调制模块的输出端控制DC/DC变换电路中的光伏功率管的导通和关闭；
所述DC/AC控制器模块包括：锁相模块、正弦基准波生成模块、第二线性自抗扰控制模块、正弦脉宽调制模块、第三线性自抗扰控制模块和乘法器模块；DC/AC逆变电路中稳压电容上的电压输入到第三线性自抗扰控制模块的第一输入端，稳压电容的参考电压输入到第三线性自抗扰控制模块的第二输入端，第三线性自抗扰控制模块的输出端连接乘法器模块的第二输入端，锁相模块的输入端连接交流电网，锁相模块的输出端连接正弦基准波生成模块的输入端，正弦基准波生成模块的输出端连接乘法器模块的第一输入端，乘法器模块的输出端连接第二线性自抗扰控制模块的第一输入端，第二线性自抗扰控制模块的第二输入端上输入DC/AC逆变电路中滤波电感的输入电流，第二线性自抗扰控制模块的输出端与正弦脉宽调制模块的输入端连接，正弦脉宽调制模块输出信号控制DC/AC逆变电路中四个功率管的导通与关断。
所述第一、第二或第三线性自抗扰控制模块均包括第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一加法器、第二加法器、第一积分器、第二积分器、比例系数模块、第一控制增益模块、第二控制增益模块、第一系数模块和第二系数模块；
第一减法器的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的第一输入端；第三减法器的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的第二输入端，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块输入信号的跟踪信号输入到第一减法器的第二输入端，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块输入信号的跟踪信号同时输入到第三减法器的第二输入端，第三减法器的输出端分别连接第一系数模块和第二系数模块，第一系数模块的输出端连接第一加法器的第一输入端，第二系数模块的输出端连接第二积分器的输入端，第二积分器的输出端分别连接第二加法器与第二减法器的第一输入端，第二加法器的输出端连接第一加法器的第二输入端，第一加法器的输出端连接第一积分器，第一积分器的输出端连接第一减法器的第二输入端，第一减法器的输出端连接比例系数模块的输入端，比例系数模块的输出端连接第二减法器的第二输入端，第二减法器的输出端连接第一控制增益模块的输入端，第一控制增益模块的输出端连接第二控制增益模块的输入端，第二控制增益模块的输出端连接第二加法器的第二输入端，第一控制增益模块的输出端作为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的输出端。
所述DC/DC变换电路包括：储能电容、储能电感、二极管及光伏功率管，储能电容正极与储能电感的一端连接在光伏极板的第一输出端，储能电感的另一端与二极管的阳极和光伏功率管的集电极连接；光伏功率管的源极、储能电容的负极均连接光伏极板的第二输出端。
所述DC/AC逆变电路包括：稳压电容、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、逆变电感、滤波电容和滤波电感；第一功率管的源极和第二功率管的集电极连接，第三功率管的源极和第四功率管的集电极连接，稳压电容的正极性端和第一功率管、第三功率管的集电极连接，第一功率管和第三功率管的集电极还连接二极管的阴极；稳压电容的负极性端连接第二功率管、第四功率管的源极，第二功率管、第四功率管的集电极连接光伏极板的第二输出端；逆变电感一端连接第一功率管的集电极；逆变电感的另一端连接滤波电容的一端和滤波电感的一端，滤波电容的另一端连接第四功率管的源极，滤波电感的另一端接入交流电网。
所述DC/AC逆变电路还包括线路电抗，滤波电感的另一端通过线路电抗接入交流电网。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明结构简单，实现方便，既消除了系统扰动，使并网电流的谐波含量较低，又增强了系统的鲁棒性；同时本发明所述的装置具有抗干扰性强，响应速度快，鲁棒性强等优点，减小了参数整定的工作量。
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块结构示意图。
具体实施方式
一种两级式光伏逆变器并网控制装置，如图1和图2所示，包括：光伏阵列模块、DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路、DC/DC控制模块和DC/AC控制模块。
光伏阵列模块包括：光伏极板GF，通过光伏极板GF可以将太阳能转换为电能。
DC/DC变换电路包括：储能电容C1、储能电感L1、二极管D及光伏功率管S0，其中，储能电容C1、储能电感L1、二极管D及光伏功率管S0组成Boost电路，Boost电路起到升压的作用。储能电容C1的正极与储能电感L1的一端连接在光伏极板GF的第一输出端，储能电感L1的另一端与二极管D的阳极和光伏功率管S0的集电极连接；光伏功率管S0的源极、储能电容C1的负极连接光伏极板GF的第二输出端。
DC/AC逆变电路包括：稳压电容C2、第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3、第四功率管S4、逆变电感L2、滤波电容C3、线路电抗L4和滤波电感L3。
第一功率管S1的源极和第二功率管S2的集电极连接，第三功率管S3的源极和第四功率管S4的集电极连接，稳压电容C2的正极和第一功率管S1、第三功率管S3的集电极连接，第一功率管S1和第三功率管S3的集电极还连接二极管D的阴极。
稳压电容C2的负极性端连接第二功率管S2、第四功率管S4的源极，第二功率管S2、第四功率管S4的集电极连接光伏极板GF的第二输出端。逆变电感L2一端连接第一功率管S1的集电极；逆变电感L2的另一端连接滤波电容C3的一端和滤波电感L3的一端，滤波电容C3的另一端连接第四功率管S4的源极，滤波电感L3的另一端通过线路电抗L4接入交流电网G。
DC/DC控制器模块包括：最大功率跟踪模块MTTP、第一线性自抗扰控制模块LADRC1和脉冲宽度调制模块PMW。
最大功率跟踪模块MTTP的电流输入端连接光伏极板GF的第一输出端；光伏极板GF的第一输出端和光伏极板GF的第二输出端相连后连接最大功率跟踪模块MTTP的电压输入端和第一线性自抗扰控制模块LADRC1的第二输入端，即第一线性自抗扰控制模块LADRC1中第三减法器10的第一输入端。
第一线性自抗扰控制模块LADRC1的第一输入端，即第一线性自抗扰控制模块LADRC1中第一乘法器1的第一输入端连接最大功率跟踪模块MTTP的输出端；第一线性自抗扰控制模块LADRC1的输出端连接脉冲宽度调制模块PMW的输入端，脉冲宽度调制模块PMW的输出端控制光伏功率管S0的导通和关闭。
DC/AC控制器模块包括：锁相模块PLL、正弦基准波生成模块sin、第二线性自抗扰控制模块LADRC2、正弦脉宽调制模块SPMW、第三线性自抗扰控制模块LADRC3和乘法器模块CFQ。锁相模块PLL、正弦基准波生成模块S、正弦脉宽调制模块SPMW和乘法器模块CFQ均为成熟的现有技术。
稳压电容C2两端的电压值输入到第三线性自抗扰控制模块LADRC3的第一输入端，即第三线性自抗扰控制模块LADRC3中第一乘法器1的第一输入端，稳压电容C2的参考电压值输入到第三线性自抗扰控制模块LADRC3的第二输入端，即第三线性自抗扰控制模块LADRC3中第三减法器10的第一输入端。
锁相模块PLL的输入端连接交流电网G，锁相模块PLL的输出是同步参考相位φ，锁相模块PLL的输出端连接正弦基准波生成模块sin的输入端，正弦基准波生成模块sin的输出端连接乘法器模块CFQ的第一输入端，乘法器模块CFQ的第二输入端与第三线性自抗扰控制模块LADRC3的输出端，第三线性自抗扰控制模块LADRC3输出幅值参考电流Iref到乘法器模块CFQ的第二输入端。第二线性自抗扰控制模块LADRC2的第一输入端，即乘法器模块CFQ输出的瞬时参考电流输入到第二线性自抗扰控制模块LADRC2中第一比较器1的第一输入端，滤波电感L2的输入电流i g 输入到第二线性自抗扰控制模块LADRC2的第二输入端，即LADRC中第三减法器10的第一输入端，第二线性自抗扰控制模块LADRC2的输出端与正弦脉宽调制模块SPMW的输入端连接，正弦脉宽调制模块SPMW输出信号控制第一功率管S1、第二功率管S2、第三功率管S3和第四功率管S4的导通与关断。
其中，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3结构相同，用于消除扰动，使系统鲁棒性强。第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3均包括第一减法器1、第二减法器3、第三减法器10、第一加法器6、第二加法器8、第一积分器5、第二积分器11、比例系数模块2、第一控制增益模块4、第二控制增益模块9、第一系数模块7和第二系数模块12。第一减法器1、第二减法器3、第三减法器10、第一加法器6、第二加法器8、第一积分器5、第二积分器11、比例系数模块2、第一控制增益模块4、第二控制增益模块9、第一系数模块7和第二系数模块12均为成熟的现有模块。
第一减法器1的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3的第一输入端；第三减法器10的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3的第二输入端。
第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3输入信号的跟踪信号连接第一减法器1的第二输入端，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3输入信号的跟踪信号也输入到第三减法器10的第二输入端，第三减法器10的输出端分别连接第一系数模块7和第二系数模块12。
第一系数模块7的输出端连接第一加法器6的输入端，第二系数模块12的输出端连接第二积分器11的输入端，第二积分器11的输出端分别连接第二加法器8与第二减法器3的第一输入端，第二加法器8的输出端连接第一加法器6的输入端，第一加法器6的输出端连接第一积分器5，第一积分器5的输出端连接第一减法器1的第二输入端，第一减法器1的输出端连接比例系数模块2的输入端，比例系数模块2的输出端连接第二减法器3的第二输入端，第二减法器3的输出端连接第一控制增益模块4的输入端，第一控制增益模块4的输出端连接第二控制增益模块9的输入端，第二控制增益模块9的输出端连接第二加法器8的第二输入端，第一控制增益模块4的输出端作为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块LADRC3的输出端。
本发明结构简单，实现方便，自抗扰控制技术是针对非线性函数进行研究，其中主要包括：跟踪微分器(TD)、非线性误差反馈(NLSEF)和扩张状态观测器(ESO)组成。自抗扰控制具有抗干扰性强，响应速度快，鲁棒性强等优点。线性自抗扰控制器(LADRC)是在自抗扰控制器的基础上进行线性化与参数化进行设计研究，不仅具有自抗扰的优点，而且减小了参数整定的工作量。本发明既消除了系统扰动，使并网电流的谐波含量较低，又增强了系统的鲁棒性。

Claims (5)

1.一种两级式光伏逆变器并网控制装置，其特征在于：包括光伏阵列模块、DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路、DC/DC控制模块和DC/AC控制模块；
所述DC/DC控制器模块包括：最大功率跟踪模块、第一线性自抗扰控制模块和脉冲宽度调制模块，最大功率跟踪模块的电流输入端连接光伏阵列模块中的光伏极板的电流采集输出端；光伏极板的电压采集输出端连接最大功率跟踪模块的电压输入端和第一线性自抗扰控制模块的第二输入端；第一线性自抗扰控制模块的第一输入端连接最大功率跟踪模块的输出端；第一线性自抗扰控制模块的输出端连接脉冲宽度调制模块的输入端，脉冲宽度调制模块的输出端控制DC/DC变换电路中的光伏功率管的导通和关闭；
所述DC/AC控制器模块包括：锁相模块、正弦基准波生成模块、第二线性自抗扰控制模块、正弦脉宽调制模块、第三线性自抗扰控制模块和乘法器模块；DC/AC逆变电路中稳压电容上的电压输入到第三线性自抗扰控制模块的第一输入端，稳压电容的参考电压输入到第三线性自抗扰控制模块的第二输入端，第三线性自抗扰控制模块的输出端连接乘法器模块的第二输入端，锁相模块的输入端连接交流电网，锁相模块的输出端连接正弦基准波生成模块的输入端，正弦基准波生成模块的输出端连接乘法器模块的第一输入端，乘法器模块的输出端连接第二线性自抗扰控制模块的第一输入端，第二线性自抗扰控制模块的第二输入端上输入DC/AC逆变电路中滤波电感的输入电流，第二线性自抗扰控制模块的输出端与正弦脉宽调制模块的输入端连接，正弦脉宽调制模块输出信号控制DC/AC逆变电路中四个功率管的导通与关断。
2.如权利要求1所述的两级式光伏逆变器并网控制装置，其特征在于：所述第一、第二或第三线性自抗扰控制模块均包括第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一加法器、第二加法器、第一积分器、第二积分器、比例系数模块、第一控制增益模块、第二控制增益模块、第一系数模块和第二系数模块；
第一减法器的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的第一输入端；第三减法器的第一输入端为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的第二输入端，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块输入信号的跟踪信号输入到第一减法器的第二输入端，第一、第二或第三线性自抗扰控制模块输入信号的跟踪信号同时输入到第三减法器的第二输入端，第三减法器的输出端分别连接第一系数模块和第二系数模块，第一系数模块的输出端连接第一加法器的第一输入端，第二系数模块的输出端连接第二积分器的输入端，第二积分器的输出端分别连接第二加法器与第二减法器的第一输入端，第二加法器的输出端连接第一加法器的第二输入端，第一加法器的输出端连接第一积分器，第一积分器的输出端连接第一减法器的第二输入端，第一减法器的输出端连接比例系数模块的输入端，比例系数模块的输出端连接第二减法器的第二输入端，第二减法器的输出端连接第一控制增益模块的输入端，第一控制增益模块的输出端连接第二控制增益模块的输入端，第二控制增益模块的输出端连接第二加法器的第二输入端，第一控制增益模块的输出端作为第一、第二或第三线性自抗扰控制模块的输出端。
3.如权利要求2所述的两级式光伏逆变器并网控制装置，其特征在于：所述DC/DC变换电路包括：储能电容、储能电感、二极管及光伏功率管，储能电容正极与储能电感的一端连接在光伏极板的第一输出端，储能电感的另一端与二极管的阳极和光伏功率管的集电极连接；光伏功率管的源极、储能电容的负极均连接光伏极板的第二输出端。
4.如权利要求3所述的两级式光伏逆变器并网控制装置，其特征在于：所述DC/AC逆变电路包括：稳压电容、第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、逆变电感、滤波电容和滤波电感；第一功率管的源极和第二功率管的集电极连接，第三功率管的源极和第四功率管的集电极连接，稳压电容的正极性端和第一功率管、第三功率管的集电极连接，第一功率管和第三功率管的集电极还连接二极管的阴极；稳压电容的负极性端连接第二功率管、第四功率管的源极，第二功率管、第四功率管的集电极连接光伏极板的第二输出端；逆变电感一端连接第一功率管的集电极；逆变电感的另一端连接滤波电容的一端和滤波电感的一端，滤波电容的另一端连接第四功率管的源极，滤波电感的另一端接入交流电网。
5.如权利要求4所述的两级式光伏逆变器并网控制装置，其特征在于：所述DC/AC逆变电路还包括线路电抗，滤波电感的另一端通过线路电抗接入交流电网。
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