CN108667072B - 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法 - Google Patents

基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108667072B
CN108667072B CN201810486911.8A CN201810486911A CN108667072B CN 108667072 B CN108667072 B CN 108667072B CN 201810486911 A CN201810486911 A CN 201810486911A CN 108667072 B CN108667072 B CN 108667072B
Authority
CN
China
Prior art keywords
photovoltaic
pvi
power
inverter
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810486911.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108667072A (zh
Inventor
张兴
张海峥
李明
李飞
陈巧地
刘晓玺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201810486911.8A priority Critical patent/CN108667072B/zh
Publication of CN108667072A publication Critical patent/CN108667072A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108667072B publication Critical patent/CN108667072B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H02J3/385—
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明公开了基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法。该方法改进传统光伏逆变器，在电压环和电流环中间增加功率环，通过对直流电压环控制与功率环直接控制的切换实现最大功率追踪和有功备用状态的无缝切换。本发明通过拟合峰值判断方法和最大功率追踪控制方法结合确定最大功率点，并快速将最大功率追踪无缝切换至有功备用状态，使传统光伏逆变器实现有功备用功能。

Description

基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法
技术领域
本发明属于光伏逆变器并网控制领域，具体涉及一种基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法。
背景技术
随着环境恶化、能源危机的加重以及技术进步、器件生产成本降低，光伏、风电等新能源发电技术迅速发展，成为国内外研究热点。
目前，光伏发电系统多采用最大功率跟踪(MPPT)方式并网，和传统同步发电机相比，光伏发电系统响应速度快，控制简单灵活，同时能够最大程度利用光能。但是，光伏发电系统“只管发电，不管电网”，导致电网能量过剩，线路能量几近饱和，传统同步发电机的装机占比减少。
现今高渗透率电网的功率供需关系不再要求光伏发电系统时刻处于最大功率追踪状态，如何依托灵活可控的电力电子技术实现光伏系统功率的灵活可控，实现可靠稳定的有功功率备用，具有非常重要的意义。
目前，对于光伏逆变器的有功备用技术，已有多篇学术论文及专利文献进行分析并提出解决方案，例如：
1、题为(“一种光伏并网逆变器有功调度控制方法”，姚为正，肖飞，张海龙,CN103701155 B[P].2016.)专利中将MPPT算法和调度状态之间进行无缝切换，使光伏逆变器实现调度功能，但专利中仍存在以下问题：调度值为电流指令值，其电流环控制电感电流，存在无功功率输出偏差，其具体输出功率值大小未知，此外专利中并未明确调度指令值和MPPT具体存在何种关系，二者存在偏差。
2、题为“Delta Power Control Strategy for Multi-String Grid-ConnectedPV Inverters”，Sangwongwanich A,Yang Y,Blaabjerg F,et al.IEEE Transactions onIndustry Applications.2017,PP(99):1-1.(“组串并网光伏逆变器delta功率控制策略”，IEEE工业应用汇刊，2017年第99期第1-1页)”将组串式光伏并网逆变器的光伏组件设置为主从式控制模式，一个光伏组件进行MPPT跟踪，其余光伏组件按照一定比例留有一定的备用，但是文中的策略仅适用于组串式或多台光伏逆变器，对于单台光伏逆变器并不适用，同时由于控制策略中运行工作点在光伏曲线左侧，也不适用于大功率集中式光伏逆变器。
3、题为“Research on power point tracking algorithm considered spinningreserve capacity in gird-connected photovoltaic system based on VSG controlstrategy，Hua T,Yan X,Fan W.Future Energy Electronics Conference and EcceAsia.IEEE,2017:2059-2063.(“考虑热备用的基于虚拟同步的光伏并网逆变器功率追踪算法”,IEEE未来能源电子会议与亚洲电子展，2017年第2059-2063页)”文章提出一种两级式光伏逆变器考虑热备用的虚拟同步控制策略，前级采用功率追踪的方式控制光伏直流母线电压的大小，被备用有功功率，使其工作在功率电压光伏曲线的左半平面，后级采用虚拟同步算法，使光伏逆变器具有虚拟同步功能，但是文章仍然存在以下问题：
(1)文章所提控制策略并不适用于大功率集中式光伏逆变器；
(2)文章并未研究光照突变等情况，当光强突降时，后级直流侧电压仍有跌落导致逆变器逆变失败的风险。
发明内容
本发明目的是针对传统光伏逆变器只能以最大功率跟踪的方式输出功率，导致电网功率过剩问题，提供一种基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，本方法在传统电压环和电流环之间增加功率环，并在最大功率跟踪和功率控制之间实现无缝切换，通过拟合峰值判断法确定切换条件，实现了传统光伏逆变器的有功备用。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤如下：
1、一种基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，光伏并网逆变器采用最大功率追踪电压外环和DQ轴解耦的电流内环控制，并融合了功率环控制，通过对功率环直接控制与直流电压环控制的切换实现最大功率追踪和有功备用状态的无缝切换，步骤如下：
步骤1、设光伏逆变器台数为n，n为整数且n≥1，#i表示逆变器编号，i为整数且i∈[1,n]，当前时刻为k，初始化设置光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k-1)为1，光伏逆变器#i在k-1时刻的切换标志flagpvi(k-1)为0；
步骤2、采样光伏逆变器#i输出相电压Uoai,Uobi,Uoci，并经输出相电压坐标变换方程得到输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi，采样光伏逆变器#i网侧电感电流Ioai,Iobi,Ioci，并经网侧电感电流坐标变换方程得到网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，采样光伏逆变器#i桥臂电感电流ILai,ILbi,ILci，并经桥臂电感电流坐标变换方程得到桥臂电感电流dq轴分量ILdi,ILqi，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴，通过锁相环获得电网频率ωg，采样光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)；
步骤3、根据步骤2中得到的输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi和网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，通过功率计算方程获得平均有功功率Poi；
步骤4、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)通过扰动观测法获得直流侧参考电压Urefi，且定时器开始计时；
步骤5、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤4中得到的直流侧参考电压Urefi，经过直流电压环获得光伏电池板参考功率Prefi；
步骤6、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)、光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤5中得到的光伏电池板参考功率Prefi，通过拟合峰值判断方法得到功率环给定功率Pgi，其拟合峰值判断方法包括以下步骤：
6.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
6.2计算拟合函数二次项系数a和一次项系数b，其计算公式为：
Figure GDA0002495592380000041
Figure GDA0002495592380000051
其中，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻的直流侧光伏输出电压，Upvi(k-2)光伏逆变器#i在k-2时刻的直流侧光伏输出电压，Ustep为电压步长，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-2)为光伏逆变器#i在k-2时刻光伏电池板的功率；
6.3判断光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)，其判断方法为：
(1)当定时器时间小于10分钟时，执行以下步骤：
如果同时满足如下两个条件：
条件1：
Figure GDA0002495592380000052
条件2：flagmppti(k-1)等于1
则设置flagmppti(k)为0，flagpvi(k)为1且将此时的光伏电池板参考功率Prefi赋值给光伏逆变器#i的最大功率点功率Pmppti；
如果不同时满足上述两个条件，设置flagmppti(k)为1，flagpvi(k)为0；
其中，min为求最小值数学运算符，max为求最大值数学运算符；flagmppti(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志；
(2)当定时器时间大于等于10分钟时，执行以下步骤：
设置光伏逆变器#i在k时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k)为1，光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)为0，并使定时器重新计数；
6.4计算功率环给定功率Pgi，其计算公式为：
当flagpvi(k)＝1时，将0.9Pmppti赋值给Pgi，
当flagpvi(k)＝0时，将Prefi赋值给Pgi；
步骤7、根据步骤6中得到的功率环给定功率Pgi和步骤3中得到的平均有功功率Poi，经过功率环得到电流d轴指令Icdrefi，且令电流q轴指令Icqrefi＝0；
步骤8、将步骤7中得到的电流d轴指令Icdrefi和步骤2中得到的桥臂电感电流d轴分量ILdi，经过d轴电流闭环控制方程，得到d轴输出信号Uidi；将步骤7中得到的电流q轴指令Icqrefi与步骤2中得到的桥臂电感电流q轴分量ILqi，经过q轴电流闭环控制方程，得到q轴输出信号Uiqi；
步骤9、将步骤2中得到的输出电压d轴分量Uodi和输出电压q轴分量Uoqi分别加上步骤8中得到的d轴输出信号Uidi和q轴输出信号Uiqi，得到dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi，其表达式分别为：
Figure GDA0002495592380000061
步骤10、将步骤9中得到的dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi经坐标反变换方程得到逆变器桥臂电压的三相调制波Umai,Umbi,Umci，经PWM调制后作为IGBT电路的驱动信号。
优选地，步骤3所述平均有功功率Poi的计算公式为：
Figure GDA0002495592380000062
其中Tf为一阶低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯算子。
优选地，步骤4中所述扰动观测法包括以下步骤：
4.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
4.2计算光伏逆变器#i的符号标志flagi，其计算公式为：
flagi＝sign(Ppvi(k)-Ppvi(k-1))×sign(Upvi(k)-Upvi(k-1))
其中，flagi为光伏逆变器#i的符号标志，Ppvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Upvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻直流侧光伏输出电压，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻直流侧光伏输出电压，sign为符号函数数学运算符，其含义如下：
Figure GDA0002495592380000071
其中，x为自变量；
4.3计算直流侧参考电压Urefi
Urefi＝Upvi(k)+Ustep×flagi
其中，Ustep为电压步长。
优选地，步骤5中所述光伏电池板参考功率Prefi的计算公式为：
Prefi＝(Upvi(k)-Urefi)Gdc(s)
其中，Gdc(s)为直流侧电压闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gdc(s)＝kdcki+kdcpi/s
其中，kdcki为光伏逆变器#i直流侧电压闭环比例调节器系数，kdcpi为光伏逆变器#i直流侧电压闭环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子。
选地，步骤7所述电流d轴指令Icdrefi的计算公式为：
Icdrefi＝(Pgi-Poi)Gp(s)
其中，Gp(s)为功率闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gp(s)＝kpki+kppi/s
其中，kpki为光伏逆变器#i功率闭环比例调节器系数，kppi为光伏逆变器#i功率闭环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子。
优选地，步骤8所述d轴电流闭环控制方程和q轴电流闭环控制方程的表达式分别为：
Uidi＝(Icdrefi-ILdi)GI(s)
Uiqi＝(Icqrefi-ILqi)GI(s)
其中，Uidi为d轴输出信号，Uiqi为q轴输出信号，GI(s)为电流闭环比例调节器，其表达式为：
GI(s)＝kIki+kIpi/s
其中，kIki为从逆变器#i电流闭环比例调节器系数,kIpi为从逆变器#i电流闭环积分调节器系数。
本发明公开的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，与现有的光伏并网逆变器相比，其有益效果体现在：
1、本控制方法使光伏逆变器实现有功备用，可以对有功功率灵活控制。
2、本控制方法仅对现有的光伏逆变器的控制策略进行改进，控制方法简单，易实现；
3、本控制方法可以实现光伏逆变器在最大功率追踪控制方法和有功备用之间无缝切换；
4、本控制方法改进扰动观测法，可以精确确定最大功率点的功率，并在达到最大功率后准确切换备用功率；
5、本控制方法可以通过备用有功功率解决光伏并网逆变器对电网输送功率，导致功率过剩问题。
6、本控制方法实现了光伏逆变器功率输出灵活可控，使光伏逆变器兼顾PQ并网优势。
附图说明
图1为本发明实施例光伏逆变器并网结构图。
图2为本发明实施例光伏逆变器控制结构框图。
图3为本发明实施例光伏逆变器平均有功功率波形。
图4为本发明实施例光伏逆变器直流侧电压波形。
具体实施方式
下面结合附图对本实施例进行具体的描述。
图1为本发明实施例光伏逆变器并网结构图。具体参数如下：逆变器编号为#i＝1。逆变器#i额定输出线电压为380V/50Hz，直流侧滤波电容Cin＝15mF，桥臂侧滤波电感Lf＝0.06mH，交流测滤波电容Cf＝300uF，网侧滤波电感值为Lg＝0.02mH，逆变器额定容量为500KVA。逆变器#1联线阻抗为ZL＝0.001+j0.001Ω。
图2为本发明实施例光伏逆变器控制结构框图，由该图可见，本发明控制方法的步骤如下：
步骤1、设光伏逆变器台数为n，n为整数且n≥1，#i表示逆变器编号，i为整数且i∈[1,n]，当前时刻为k，初始化设置光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k-1)为1，光伏逆变器#i在k-1时刻的切换标志flagpvi(k-1)为0。
步骤2、采样光伏逆变器#i输出相电压Uoai,Uobi,Uoci，并经输出相电压坐标变换方程得到输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi，采样光伏逆变器#i网侧电感电流Ioai,Iobi,Ioci，并经网侧电感电流坐标变换方程得到网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，采样光伏逆变器#i桥臂电感电流ILai,ILbi,ILci，并经桥臂电感电流坐标变换方程得到桥臂电感电流dq轴分量ILdi,ILqi，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴，通过锁相环获得电网频率ωg，采样光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)。
所述电网频率ωg的计算公式为：
Figure GDA0002495592380000101
其中，ω0为公共耦合点电压的额定角频率，Kp_pll为锁相环比例积分调节器的比例调节系数，Ki_pll为锁相环比例积分调节器的积分调节系数，s为拉普拉斯算子。本实施例中，锁相环中ω0＝100πrad/s，Kp_pll＝0.5，Ki_pll＝1。
所述输出相电压坐标变换方程的表达式为：
Figure GDA0002495592380000102
Figure GDA0002495592380000103
所述网侧电感电流坐标变换方程的表达式为：
Figure GDA0002495592380000104
Figure GDA0002495592380000105
所述桥臂电感电流坐标变换方程的表达式为：
Figure GDA0002495592380000106
Figure GDA0002495592380000107
以上六个公式中，θ为d轴和q轴的相位差，
Figure GDA0002495592380000108
步骤3、根据步骤2中得到的输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi和网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，通过功率计算方程获得平均有功功率Poi。
所述平均有功功率Poi的计算公式为：
Figure GDA0002495592380000111
其中Tf为一阶低通滤波器的时间常数，本实例中Tf＝1e-4s。
步骤4、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)通过扰动观测法获得直流侧参考电压Urefi，且定时器开始计时。
所述扰动观测法包括以下步骤：
4.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
4.2计算光伏逆变器#i的符号标志flagi，其计算公式为：
flagi＝sign(Ppvi(k)-Ppvi(k-1))×sign(Upvi(k)-Upvi(k-1))
其中，flagi为光伏逆变器#i的符号标志，Ppvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Upvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻直流侧光伏输出电压，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻直流侧光伏输出电压，sign为符号函数数学运算符，其含义如下：
Figure GDA0002495592380000112
其中，x为自变量；
4.3计算直流侧参考电压Urefi
Urefi＝Upvi(k)+Ustep×flagi
其中，Ustep为电压步长，本实施例中，Ustep＝15V。
步骤5、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤4中得到的直流侧参考电压Urefi，经过直流电压环获得光伏电池板参考功率Prefi。
所述光伏电池板参考功率Prefi的计算公式为：
Prefi＝(Upvi(k)-Urefi)Gdc(s)
其中，Gdc(s)为直流侧电压闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gdc(s)＝kdcki+kdcpi/s
其中，kdcki为光伏逆变器#i直流侧电压闭环比例调节器系数，kdcpi为光伏逆变器#i直流侧电压闭环积分调节器系数，本实例中kdcki＝560，kdcpi＝7e5。
步骤6、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)、光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤5中得到的光伏电池板参考功率Prefi，通过拟合峰值判断方法得到功率环给定功率Pgi。
所述拟合峰值判断方法包括以下步骤：
6.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
6.2计算拟合函数二次项系数a和一次项系数b，其计算公式为：
Figure GDA0002495592380000131
Figure GDA0002495592380000132
其中，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻的直流侧光伏输出电压，Upvi(k-2)光伏逆变器#i在k-2时刻的直流侧光伏输出电压，Ustep为电压步长，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-2)为光伏逆变器#i在k-2时刻光伏电池板的功率，本实施例中，Ustep＝15V；
6.3判断光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)，其判断方法为：
(1)当定时器时间小于10分钟时，执行以下步骤：
如果同时满足如下两个条件：
条件1：
Figure GDA0002495592380000133
条件2：flagmppti(k-1)等于1
则设置flagmppti(k)为0，flagpvi(k)为1且将此时的光伏电池板参考功率Prefi赋值给光伏逆变器#i的最大功率点功率Pmppti；
如果不同时满足上述两个条件，设置flagmppti(k)为1，flagpvi(k)为0；
其中，min为求最小值数学运算符，max为求最大值数学运算符；flagmppti(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志；
(2)当定时器时间大于等于10分钟时，执行以下步骤：
设置光伏逆变器#i在k时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k)为1，光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)为0，并使定时器重新计数；
6.4计算功率环给定功率Pgi，其计算公式为：
当flagpvi(k)＝1时，将0.9Pmppti赋值给Pgi，
当flagpvi(k)＝0时，将Prefi赋值给Pgi。
步骤7、根据步骤6中得到的功率环给定功率Pgi和步骤3中得到的平均有功功率Poi，经过功率环得到电流d轴指令Icdrefi，且令电流q轴指令Icqrefi＝0。
所述电流d轴指令Icdrefi的计算公式为：
Icdrefi＝(Pgi-Poi)Gp(s)
其中，Gp(s)为功率闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gp(s)＝kpki+kppi/s
其中，kpki为光伏逆变器#i功率闭环比例调节器系数，kppi为光伏逆变器#i功率闭环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子。本实施例中kpki＝0.004，kppi＝1。
步骤8、将步骤7中得到的电流d轴指令Icdrefi和步骤2中得到的桥臂电感电流d轴分量ILdi，经过d轴电流闭环控制方程，得到d轴输出信号Uidi；将步骤7中得到的电流q轴指令Icqrefi与步骤2中得到的桥臂电感电流q轴分量ILqi，经过q轴电流闭环控制方程，得到q轴输出信号Uiqi。
所述d轴电流闭环控制方程和q轴电流闭环控制方程的表达式分别为：
Uidi＝(Icdrefi-ILdi)GI(s)
Uiqi＝(Icqrefi-ILqi)GI(s)
其中，Uidi为d轴输出信号，Uiqi为q轴输出信号，GI(s)为电流闭环比例调节器，其表达式为：
GI(s)＝kIki+kIpi/s
其中，kIki为从逆变器#i电流闭环比例调节器系数,kIpi为从逆变器#i电流闭环积分调节器系数，本实例中取kIki＝40,kIpi＝200。
步骤9、将步骤2中得到的输出电压d轴分量Uodi和输出电压q轴分量Uoqi分别加上步骤8中得到的d轴输出信号Uidi和q轴输出信号Uiqi，得到dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi，其表达式分别为：
Figure GDA0002495592380000153
步骤10、将步骤9中得到的dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi经坐标反变换方程得到逆变器桥臂电压的三相调制波Umai,Umbi,Umci，经PWM调制后作为IGBT电路的驱动信号。
所述坐标反变换方程的表达式为：
Umai＝Umdicosθ+Umqisinθ
Figure GDA0002495592380000151
Figure GDA0002495592380000152
其中，θ为d轴和q轴的相位差。
本实施例中发明适用于传统集中式三相光伏逆变器。以下所示为500KW三相光伏逆变器系统的仿真波形。
光伏逆变器0s时并网运行，0.4s时启动最大功率追踪控制方法。
图3为光伏逆变器光伏逆变器平均有功功率波形。从图3中可以看出，在0.4s启动最大功率追踪控制方法，光伏逆变器开始最大功率追踪，大约1.9s时，拟合峰值判断方法确定最大功率点，并切换至90％的最大功率点。
图4为光伏逆变器光伏逆变器直流侧电压波形。从图4可以看出，最大功率电压追踪从光伏曲线右侧进行，当1.9s开始有功备用时，直流侧电压位于光伏曲线右侧，不会出现在左侧，系统始终保持稳定，这是由于当光伏功率和光伏逆变器平均有功功率在最大功率点功率平衡时，切换至有功备用状态，在瞬间使平均有功功率低于光伏功率，直流侧电容充电，直流侧电压升高，最终在光伏曲线右侧平衡，系统始终保持稳定。

Claims (6)

1.一种基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，光伏并网逆变器采用最大功率追踪电压外环和DQ轴解耦的电流内环控制，并融合了功率环控制，通过对功率环直接控制与直流电压环控制的切换实现最大功率追踪和有功备用状态的无缝切换，步骤如下：
步骤1、设光伏逆变器台数为n，n为整数且n≥1，#i表示逆变器编号，i为整数且i∈[1,n]，当前时刻为k，初始化设置光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k-1)为1，光伏逆变器#i在k-1时刻的切换标志flagpvi(k-1)为0；
步骤2、采样光伏逆变器#i输出相电压Uoai,Uobi,Uoci，并经输出相电压坐标变换方程得到输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi，采样光伏逆变器#i网侧电感电流Ioai,Iobi,Ioci，并经网侧电感电流坐标变换方程得到网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，采样光伏逆变器#i桥臂电感电流ILai,ILbi,ILci，并经桥臂电感电流坐标变换方程得到桥臂电感电流dq轴分量ILdi,ILqi，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴，通过锁相环获得电网频率ωg，采样光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)；
步骤3、根据步骤2中得到的输出电压dq轴分量Uodi,Uoqi和网侧电感电流dq轴分量Iodi,Ioqi，通过功率计算方程获得平均有功功率Poi；
步骤4、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)和光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)通过扰动观测法获得直流侧参考电压Urefi，且定时器开始计时；
步骤5、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤4中得到的直流侧参考电压Urefi，经过直流电压环获得光伏电池板参考功率Prefi；
步骤6、根据步骤2中得到的光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电流Ipvi(k)、光伏逆变器#i在k时刻的直流侧光伏输出电压Upvi(k)和步骤5中得到的光伏电池板参考功率Prefi，通过拟合峰值判断方法得到功率环给定功率Pgi，其拟合峰值判断方法包括以下步骤：
6.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
6.2计算拟合函数二次项系数a和一次项系数b，其计算公式为：
Figure FDA0002495592370000021
Figure FDA0002495592370000022
其中，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻的直流侧光伏输出电压，Upvi(k-2)光伏逆变器#i在k-2时刻的直流侧光伏输出电压，Ustep为电压步长，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-2)为光伏逆变器#i在k-2时刻光伏电池板的功率；
6.3判断光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)，其判断方法为：
(1)当定时器时间小于10分钟时，执行以下步骤：
如果同时满足如下两个条件：
条件1：
Figure FDA0002495592370000031
条件2：flagmppti(k-1)等于1
则设置flagmppti(k)为0，flagpvi(k)为1且将此时的光伏电池板参考功率Prefi赋值给光伏逆变器#i的最大功率点功率Pmppti；
如果不同时满足上述两个条件，设置flagmppti(k)为1，flagpvi(k)为0；
其中，min为求最小值数学运算符，max为求最大值数学运算符；flagmppti(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻最大功率追踪启动标志；
(2)当定时器时间大于等于10分钟时，执行以下步骤：
设置光伏逆变器#i在k时刻最大功率追踪启动标志flagmppti(k)为1，光伏逆变器#i在k时刻的切换标志flagpvi(k)为0，并使定时器重新计数；
6.4计算功率环给定功率Pgi，其计算公式为：
当flagpvi(k)＝1时，将0.9Pmppti赋值给Pgi，
当flagpvi(k)＝0时，将Prefi赋值给Pgi；
步骤7、根据步骤6中得到的功率环给定功率Pgi和步骤3中得到的平均有功功率Poi，经过功率环得到电流d轴指令Icdrefi，且令电流q轴指令Icqrefi＝0；
步骤8、将步骤7中得到的电流d轴指令Icdrefi和步骤2中得到的桥臂电感电流d轴分量ILdi，经过d轴电流闭环控制方程，得到d轴输出信号Uidi；将步骤7中得到的电流q轴指令Icqrefi与步骤2中得到的桥臂电感电流q轴分量ILqi，经过q轴电流闭环控制方程，得到q轴输出信号Uiqi；
步骤9、将步骤2中得到的输出电压d轴分量Uodi和输出电压q轴分量Uoqi分别加上步骤8中得到的d轴输出信号Uidi和q轴输出信号Uiqi，得到dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi，其表达式分别为：
Umdi＝Uodi+Uidi
Umqi＝Uoqi+Uiqi；
步骤10、将步骤9中得到的dq坐标系下的调制波Umdi和Umqi经坐标反变换方程得到逆变器桥臂电压的三相调制波Umai,Umbi,Umci，经PWM调制后作为IGBT电路的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤3中所述平均有功功率Poi的计算公式为：
Figure FDA0002495592370000041
其中Tf为一阶低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤4中所述扰动观测法包括以下步骤：
4.1计算光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率Ppvi(k)，其计算公式为：
Ppvi(k)＝Upvi(k)·Ipvi(k)
其中，k为时刻标志；
4.2计算光伏逆变器#i的符号标志flagi，其计算公式为：
flagi＝sign(Ppvi(k)-Ppvi(k-1))×sign(Upvi(k)-Upvi(k-1))
其中，flagi为光伏逆变器#i的符号标志，Ppvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻光伏电池板的功率，Ppvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻光伏电池板的功率，Upvi(k)为光伏逆变器#i在k时刻直流侧光伏输出电压，Upvi(k-1)为光伏逆变器#i在k-1时刻直流侧光伏输出电压，sign为符号函数数学运算符，其含义如下：
Figure FDA0002495592370000051
其中，x为自变量；
4.3计算直流侧参考电压Urefi
Urefi＝Upvi(k)+Ustep×flagi
其中，Ustep为电压步长。
4.根据权利要求1所述的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤5中所述光伏电池板参考功率Prefi的计算公式为：
Prefi＝(Upvi(k)-Urefi)Gdc(s)
其中，Gdc(s)为直流侧电压闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gdc(s)＝kdcki+kdcpi/s
其中，kdcki为光伏逆变器#i直流侧电压闭环比例调节器系数，kdcpi为光伏逆变器#i直流侧电压闭环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子。
5.根据权利要求1所述的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤7所述电流d轴指令Icdrefi的计算公式为：
Icdrefi＝(Pgi-Poi)Gp(s)
其中，Gp(s)为功率闭环比例积分调节器，其表达式为：
Gp(s)＝kpki+kppi/s
其中，kpki为光伏逆变器#i功率闭环比例调节器系数，kppi为光伏逆变器#i功率闭环积分调节器系数，s为拉普拉斯算子。
6.根据权利要求1所述的基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于，步骤8所述d轴电流闭环控制方程和q轴电流闭环控制方程的表达式分别为：
Uidi＝(Icdrefi-ILdi)GI(s)
Uiqi＝(Icqrefi-ILqi)GI(s)
其中，Uidi为d轴输出信号，Uiqi为q轴输出信号，GI(s)为电流闭环比例调节器，其表达式为：
GI(s)＝kIki+kIpi/s
其中，kIki为从逆变器#i电流闭环比例调节器系数,kIpi为从逆变器#i电流闭环积分调节器系数。
CN201810486911.8A 2018-05-21 2018-05-21 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法 Active CN108667072B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810486911.8A CN108667072B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810486911.8A CN108667072B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108667072A CN108667072A (zh) 2018-10-16
CN108667072B true CN108667072B (zh) 2020-09-01

Family

ID=63776925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810486911.8A Active CN108667072B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108667072B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110071524B (zh) * 2019-04-01 2020-09-01 合肥工业大学 单相级联h桥光伏逆变器虚拟同步控制方法
CN110445177B (zh) * 2019-08-26 2021-03-02 闽江学院 基于切换观测器控制的光伏逆变系统控制方法
CN110635707B (zh) * 2019-09-18 2020-10-30 华中科技大学 基于谐波干扰观测器的三相lcl型逆变器控制方法及装置
CN111431211B (zh) * 2020-05-07 2021-06-08 合肥学院 基于有功曲线下垂的微电网逆变器并联控制方法
CN112416049B (zh) * 2020-07-13 2021-09-03 深圳市正浩创新科技股份有限公司 基于pid的mppt控制器的功率追踪方法及系统
CN112134312B (zh) * 2020-09-28 2023-01-06 阳光电源股份有限公司 一种光伏逆变器快速响应控制方法和控制装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI444807B (zh) * 2011-08-23 2014-07-11 Univ Nat Cheng Kung 換流器之類比控制器
US20140103892A1 (en) * 2012-10-16 2014-04-17 Volterra Semiconductor Corporation Scalable maximum power point tracking controllers and associated methods
CN103701155B (zh) * 2013-10-11 2016-08-17 许继电气股份有限公司 一种光伏并网逆变器有功调度控制方法
CN104281192B (zh) * 2014-09-29 2016-06-22 许继电气股份有限公司 一种光伏逆变器有功调度方法
CN106571646A (zh) * 2016-09-30 2017-04-19 深圳市禾望电气股份有限公司 光伏发电系统动态有功调频方法及装置
CN106708163B (zh) * 2017-03-14 2018-07-27 华北电力大学（保定） 以最大功率点旋转备用容量跟踪的光伏发电系统控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108667072A (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108667072B (zh) 基于有功备用的光伏并网逆变器控制方法
CN102611138B (zh) 一种无延时的单相光伏并网功率调节方法
CN108631363B (zh) 基于主从式控制的逆变器光伏虚拟同步控制方法
CN108512247B (zh) 基于拉格朗日插值预测的光伏虚拟同步控制方法
CN102723740A (zh) 单级光伏逆变器稳定mppt控制系统及方法
CN110912208B (zh) 一种基于改进下垂控制器的柔性直流输电变流器控制方法
CN104319823A (zh) 一种包含z源变换器的交直流混合微电网及协调控制策略
CN105406484A (zh) 一种角型级联同步补偿器的电网电压调节方法
CN106130062B (zh) 一种两级式光伏并网发电系统及中间直流侧电压稳定方法
CN109120169A (zh) 一种用于级联型两级式逆变器的均压控制方法
CN108173292B (zh) 基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法
CN113629763B (zh) 非理想电网下中压直挂储能变流器电流控制方法及系统
Wang et al. An improved sliding mode direct power control strategy based on reactive power compensation for Vienna rectifier
Beniss et al. Improvement of Power Quality Injected into the Grid by Using a FOSMC-DPC for Doubly Fed Induction Generator.
Molina et al. Advanced power conditioning system for grid integration of direct-driven PMSG wind turbines
Zahoor et al. Synchronization and dq current control of grid-connected voltage source inverter
CN106684926B (zh) 混合微电网黑启动过程的dc/ac逆变器的预同步控制方法
CN105552958A (zh) 一种光伏并网逆变器定频率的滞环电流控制方法
CN109687745A (zh) 一种单相逆变器控制方法
CN104578149A (zh) 双馈风力发电系统网侧变换器预测占空比控制方法
CN114050605A (zh) 一种基于本地电网相位的变频脉宽调制同步系统及方法
CN203071589U (zh) 光伏并网逆变器的控制系统
Singh et al. Power control in centralized distributed AC load for wind energy system
Abouobaida et al. Modelling and control design for Energy Management of grid connected Hybrid PV-wind system
Meiyin et al. Research on Switching Model of Microgrid with Distributed Power Supply

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant