CN116505789A - 基于fopr-doc控制器的光伏并网逆变器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FOPR‑DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法。设计特殊的分数阶比例谐振控制器，利用分数阶比例谐振控制器对光伏并网逆变器实际输出电流与参考电流的差值进行处理得到光伏并网逆变器的虚拟控制量；设计扰动观测控制器，利用扰动观测控制器得到光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值；虚拟控制量与谐波扰动的估计值相减，再将虚拟控制量与谐波扰动的估计值之差输入周波控制器，得到光伏并网逆变器的实际控制量，用实际控制量对光伏并网逆变器的控制。本发明可减小光伏并网逆变器输出电流的总谐波畸变率，提高光伏并网逆变器输出电流波形质量，同时增强光伏并网逆变器的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及了一种电网逆变器控制方法，尤其是涉及一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法。
背景技术
随着能源危机和环境污染的不断加剧，太阳能光伏并网发电技术得到了国内外的普遍重视和快速发展。然而，由于构成光伏并网逆变器的器件存在不平衡、老化等特点，以及光伏发电易受环境因素影响，导致光伏并网逆变器输出电流的总谐波畸变率增大，严重影响了光伏并网逆变器的并网发电。
为便于工程应用，现有的光伏并网逆变器一般采用同步旋转坐标系下的电压电流双闭环PI控制方法。然而该方法不具有谐波抑制能力，而且鲁棒性较差，当光伏并网逆变器外部环境（光照强度或温度）突变时，该方法难以保证光伏并网逆变器的稳定运行。因此，迫切需要需找一种既能够降低光伏并网逆变器输出电流总谐波畸变率，又能够提高光伏并网逆变器运行稳定性的鲁棒控制方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法，通过优化光伏并网逆变器电流环的控制方法并增加扰动观测器，不仅可以降低光伏并网逆变器输出电流总谐波畸变率，而且可以增强光伏并网逆变器的鲁棒性，提高其稳定运行能力。
本发明的技术方案采用如下步骤：
1）设计特殊的分数阶比例谐振控制器（FOPR控制器），利用分数阶比例谐振控制器对光伏并网逆变器实际输出电流与参考电流的差值进行处理得到光伏并网逆变器的虚拟控制量；
2）设计扰动观测控制器（DOC控制器），利用扰动观测控制器得到光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值；
3）虚拟控制量与谐波扰动的估计值相减，再将虚拟控制量与谐波扰动的估计值之差输入周波控制器，得到光伏并网逆变器的实际控制量，最后将实际控制量输入到光伏并网逆变器中正弦脉宽调制的输入端，从而实现对光伏并网逆变器的控制。
所述的步骤1）中的分数阶比例谐振控制器采用以下公式：
C(s)= 60/(s 3.4+s 1.4 ω 0 2 )+1.5
其中：s为拉普拉斯算子，ω 0为基波角频率，ω 0 =314rad/s。
所述的步骤1）中的光伏并网逆变器的虚拟控制量U 0采用以下公式控制得到：
U 0=(I-I * )×C(s)
其中，I为光伏并网逆变器实际输出电流，I * 为光伏并网逆变器参考电流。
所述的步骤2）中的光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值I d采用如下公式表示的扰动观测控制器进行估计计算：
Z’=Id-50×(Z-I)+U
Id’=-1000×(Z-I)
其中，Z为光伏并网逆变器实际输出电流I的跟踪值（Z=I），Z’为Z的导数，Id’为I d的导数；U为光伏并网逆变器实际控制量，其初始计算估计值I d时U取为虚拟控制量U 0。
所述的步骤3）中的光伏并网逆变器实际控制量U采用以下公式得到：
U=sin((π(U 0-I d))/5)
其中，I d表示光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值，U 0表示虚拟控制量。
本发明方法实际在初始通过虚拟控制量U 0获得光伏并网逆变器实际控制量U后，再不断重复步骤2）和3）循环迭代处理，进行光伏并网逆变器实时控制。
本发明具有的有益的效果是：
本发明能够提高光伏并网逆变器输出电流的波形质量，降低输出电流总谐波畸变率，增强光伏并网逆变器抵御扰动的不利影响，提高光伏并网逆变器的鲁棒性，解决了这些目前亟需解决的问题。
本发明能准确估计并补偿光伏并网逆变器输出电流中含有的谐波成分，降低输出电流总谐波畸变率；提高光伏并网逆变器抵御内外扰动的能力，增强光伏并网逆变器的运行稳定性和鲁棒性。
附图说明
图1为本发明方法的流程逻辑图。
图2为本发明背景技术的光伏并网逆变器拓扑结构图。
图3为实施例光伏并网逆变器输出电流的实验截图。
图4为实施例光伏并网逆变器输出电流的频谱实验截图。
图5为实施例光伏并网逆变器输入功率突增时输出电流的实验截图。
图6为实施例光伏并网逆变器输入功率突减时输出电流的实验截图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
1）通过FOPR控制器对光伏并网逆变器实际输出电流与参考电流的差值进行处理控制得到光伏并网逆变器虚拟控制量；
2）利用DOC控制器得到光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值；
3）虚拟控制量与谐波扰动的估计值相减，再将虚拟控制量与谐波扰动的估计值之差输入周波控制器，得到光伏并网逆变器实际控制量，利用该实际控制量去控制光伏并网逆变器。
本发明针对基于L滤波器的光伏并网逆变器，具体基于工程领域应用最为广泛的单相桥式光伏并网逆变器作为主电路拓扑结构，见附图2。光伏阵列作为输入直流电源接于并网逆变器正负极之间。电解电容C作为输入的滤波电容并接于并网逆变器直流母线两端；光伏并网逆变器由4个功率开关管S 1-S 4和4个反并联二极管D 1-D 4组成，由每相桥臂的中点引出A、B两个相线，经由L滤波器接入电网。
本发明的步骤1）可提高增强并网逆变器的光伏鲁棒性和动态性能，实现光伏并网逆变器输出电流的高效控制。
本发明的步骤2）可以避免光伏并网逆变器在实际运行中受到的内外扰动的不利影响，同时实现谐波扰动的有效估计，为光伏并网逆变器输出电流的谐波抑制提供了重要支撑。
本发明的步骤3）得到实际控制量并去控制光伏并网逆变器，不仅可以实现光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的补偿，降低总谐波畸变率，还可以实现光伏并网逆变器的稳定控制，提高光伏并网逆变器的鲁棒性。
本发明的具体实施例：
在单相光伏并网逆变器实验平台上对本发明提出的控制方法进行了样机实验。
通过示波器检测实验波形，通过功率分析仪计算实验数据，采用本发明提出的控制方法，所得实验数据：输出电流总谐波畸变率<1.5%，光伏并网逆变器故障率<1.2%。
实验截图如下：
（1）光伏并网逆变器输出电流的波形及其频谱分析如图3、4所示。由图3、4可以看出：光伏并网逆变器稳定运行时，输出电流波形非常接近正弦波，且谐波含量很低，证明本发明提出的一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法可以大幅度降低光伏并网逆变器输出电流的总谐波畸变率，提高了光伏并网逆变器输出电流的波形质量。
（2）光伏并网逆变器输入功率突增、突减时输出电流的波形如图5、6所示。由图5、6可以看出：当输入功率突变时，光伏并网逆变器输出电流可以快速的过渡至新的稳态运行，不会出现电流冲击现象，证明本发明提出的一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法可以保证光伏并网逆变器输入功率突变时仍可以稳定运行，提高了光伏并网逆变器的鲁棒性，降低了内外扰动对光伏并网逆变器的不利影响。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于包括以下步骤：
1）利用分数阶比例谐振控制器处理得到光伏并网逆变器的虚拟控制量；
所述的步骤1）具体是设计特殊的分数阶比例谐振控制器，利用分数阶比例谐振控制器对光伏并网逆变器实际输出电流与参考电流的差值进行处理得到光伏并网逆变器的虚拟控制量；
所述的步骤1）中的分数阶比例谐振控制器采用以下公式：
C(s)= 60/(s 3.4+s 1.4 ω 0 2 )+1.5
其中：s为拉普拉斯算子，ω 0为基波角频率；
所述的步骤1）中的光伏并网逆变器的虚拟控制量U 0采用以下公式控制得到：
U 0=(I-I * )×C(s)
其中，I为光伏并网逆变器实际输出电流，I * 为光伏并网逆变器参考电流；
2）利用扰动观测控制器得到光伏并网逆变器的谐波扰动的估计值；
所述的步骤2）中的光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值I d采用如下公式表示的扰动观测控制器进行估计计算：
Z’=Id-50×(Z-I)+U
Id’=-1000×(Z-I)
其中，Z为光伏并网逆变器实际输出电流I的跟踪值，Z’为Z的导数，Id’为I d的导数；U为光伏并网逆变器实际控制量；
3）根据步骤1）和步骤2）的结果得到光伏并网逆变器的实际控制量，进而输入到光伏并网逆变器中实现对光伏并网逆变器的控制；
所述的步骤3）中的光伏并网逆变器的实际控制量U采用以下公式得到：
U=sin((π(U 0-I d))/5)
其中，I d表示光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值，U 0表示虚拟控制量。
2.根据权利要求1所述的一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于：所述的步骤2）具体是设计扰动观测控制器，利用扰动观测控制器得到光伏并网逆变器实际输出电流中含有的谐波扰动的估计值。
3.根据权利要求1所述的一种基于FOPR-DOC控制器的光伏并网逆变器控制方法，其特征在于：所述的步骤3）具体是将虚拟控制量与谐波扰动的估计值相减，再将虚拟控制量与谐波扰动的估计值之差输入周波控制器，得到光伏并网逆变器的实际控制量，最后将实际控制量输入到光伏并网逆变器中正弦脉宽调制的输入端，从而实现对光伏并网逆变器的控制。
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