一種光伏并網(wǎng)逆變器的多參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于克服傳統(tǒng)太陽能逆變裝置的控制方法的缺點而提出一種多參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法，這種方法在系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能及對非線性負(fù)載的諧波消除上進(jìn)行改進(jìn)，能夠很好的滿足光伏并網(wǎng)的要求。所述新型控制策略針對系統(tǒng)擾動大時采用準(zhǔn)PR控制器降低系統(tǒng)擾動和穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)動態(tài)性能，在系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)時采用重復(fù)控制補(bǔ)償系統(tǒng)的相位誤差。所述多參數(shù)滯環(huán)電流控制復(fù)合策略能夠維持開關(guān)頻率的穩(wěn)定，降低開關(guān)的損耗。所述復(fù)合控制策略不僅適用于單相并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，同時也適用于三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，有利于光伏并網(wǎng)逆變器輸出高質(zhì)量的并網(wǎng)電壓和電流波形。
【專利說明】
一種光伏并網(wǎng)逆變器的多參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器的高效控制方法，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各行各業(yè)對電氣設(shè)備控制性能要求的提高，逆變 裝置在各領(lǐng)域中的重要性也日益顯現(xiàn)，光伏作為分布式發(fā)電中的一種無污染、可再生能源， 現(xiàn)已被廣泛使用，其中光伏并網(wǎng)系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件是逆變器，光伏并網(wǎng)逆變器控制作為光 伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的接口，其性能的好壞直接關(guān)系到光伏電池的利用率，因此對 光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法要求也越來越高。
[0003] 實際應(yīng)用中，由于越來越多的非線性負(fù)載如內(nèi)含整流設(shè)備的負(fù)載接入電網(wǎng)，極易 造成輸出電壓、電流畸變，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。逆變器的外特性以及帶載能力是衡量逆 變器性能的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)單一的并網(wǎng)控制方法不能得到高質(zhì)量的輸出電壓電流波形。如 滯環(huán)電流控制具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)和較高的穩(wěn)定性，但存在開關(guān)頻率不固定的缺點。此外 重復(fù)控制是一種能夠消除穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)所有周期性誤差的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)條件下 對給定信號完美的跟蹤，具有補(bǔ)償系統(tǒng)相位誤差的優(yōu)點。但重復(fù)控制由于延遲因子的存在， 在干擾出現(xiàn)的一個基波周期內(nèi)，系統(tǒng)對干擾不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，因此重復(fù)控制的動態(tài)性 能較差。比例節(jié)分(PI)控制器具有簡單可靠的性能，可以保證開關(guān)頻率的波動范圍，但存在 穩(wěn)態(tài)幅值和相位誤差及有限的抗干擾能力的缺點。和PI控制器相比，比例諧振(PR)控制器 可以達(dá)到零穩(wěn)態(tài)誤差，極高有選擇的抗電網(wǎng)電壓干擾的能力。因此本發(fā)明人提出了一種應(yīng) 用于光伏并網(wǎng)逆變器的多參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法，利用準(zhǔn)PR控制器對正弦信號零穩(wěn)態(tài) 誤差和重復(fù)控制完全補(bǔ)償系統(tǒng)相位誤差，保證開關(guān)頻率的波動范圍，從而實現(xiàn)向電網(wǎng)系統(tǒng) 輸送質(zhì)量$父尚的并網(wǎng)電流，提尚光伏并網(wǎng)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于為克服傳統(tǒng)太陽能逆變裝置的控制方法的缺點而提出一種多 參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法，這種方法在系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能及對非線性負(fù)載的諧波 消除上進(jìn)行改進(jìn)，能夠很好的滿足光伏并網(wǎng)的要求。
[0005] 為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的技術(shù)特征如下：
[0006] -種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的多參數(shù)滯環(huán)電流復(fù)合控制方法，采用的是電壓外 環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方式。該控制過程的電壓外環(huán)包含的控制器有準(zhǔn)P R控制器，重復(fù) 控制器，電流內(nèi)環(huán)包含一種多參數(shù)自適應(yīng)的滯環(huán)電流控制器。該控制方法的控制思想是：弓丨 入環(huán)寬反饋，設(shè)置一個環(huán)寬h，在系統(tǒng)擾動大時采用準(zhǔn)PR控制與多參數(shù)滯環(huán)電流控制結(jié)合方 法，在系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)時采用重復(fù)控制與多參數(shù)滯環(huán)電流控制結(jié)合的方法。
[0007] (1)所述準(zhǔn)PR控制器包括比例控制，積分控制和諧波補(bǔ)償模塊，其傳遞函數(shù)為：
[0009] kP為準(zhǔn)PR控制器的基波比例控制系數(shù)，kr為準(zhǔn)PR控制器的諧振增益，W。表示截止頻 率，W0表示基波頻率，k hn為準(zhǔn)PR控制器n次諧波積分控制系數(shù)，n表示諧波次數(shù)。公式的第一 項是比例控制部分，第二項是諧振控制部分，當(dāng)電網(wǎng)電壓中存在諧波時，由于系統(tǒng)帶寬有 限，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓諧波在并網(wǎng)電感上產(chǎn)生諧波電流，從而導(dǎo)致并網(wǎng)電流畸變。為了減小電流 畸變，可在準(zhǔn)PR控制基礎(chǔ)上加入諧波補(bǔ)償器，此時考慮上述公式的第三項。準(zhǔn)PR控制的主要 作用在于實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤，輸出參考電流給滯環(huán)電流控制器。
[0010] (2)所述重復(fù)控制器用來消除系統(tǒng)的周期性跟蹤誤差，減小逆變器輸出電壓波形 畸變，實現(xiàn)系統(tǒng)的相位補(bǔ)償功能。它采用層疊式重復(fù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括周期延遲環(huán)節(jié)z 4、 小于1的常數(shù)環(huán)節(jié)Q(z)、補(bǔ)償環(huán)節(jié)S(z)、相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)zk、比例因子心其擾動輸入d(k)對跟 蹤誤差e(k)的傳遞函數(shù)為：
[0012] (3)所述多參數(shù)滯環(huán)電流控制的輸入?yún)⒖茧娏鳛殡姼须娏鱥lrrf，其是在逆變器逆 變器數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，計算出開關(guān)頻率同滯環(huán)寬度、電路參數(shù)以及逆變器輸出變量的運(yùn)算 規(guī)律，使滯環(huán)寬度根據(jù)逆變器各參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而使開關(guān)頻率基本維持不變，其主 要用于降低器件開關(guān)的損耗的同時控制開關(guān)逆變輸出高質(zhì)量的電壓電流波形。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明采用的復(fù)合控制在單相光伏系統(tǒng)并網(wǎng)的應(yīng)用。
[0014] 圖2是本發(fā)明采用的新型逆變器復(fù)合控制框圖。
[0015]圖3是多參數(shù)滯環(huán)電流控制原理圖。
[0016] 圖4是電壓外環(huán)復(fù)合控制的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下將結(jié)合圖和具體實施過程對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0018] 參見圖1，圖1所示為單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)合控制的原理圖，設(shè)置所述準(zhǔn)PR控制器 與重復(fù)控制器的參考電壓為Ugref = Ugsinwt，其中Ugref為希望追蹤的電網(wǎng)電壓，Ug為電網(wǎng)電 壓，W為電網(wǎng)的基波頻率。將電網(wǎng)的參考電壓U grrf與電網(wǎng)的實際電壓IV進(jìn)行比較，所得的差 值送入準(zhǔn)PR控制器和重復(fù)控制器的復(fù)合控制器中，在系統(tǒng)擾動大時通過模式切換開關(guān)選擇 準(zhǔn)PR控制器作用，降低系統(tǒng)擾動和增加動態(tài)抗干擾能力，可以實現(xiàn)系統(tǒng)零穩(wěn)態(tài)誤差。在系統(tǒng) 接近穩(wěn)態(tài)時，通過模式切換開關(guān)選擇重復(fù)控制器，其用來消除系統(tǒng)的周期性跟蹤誤差，減小 逆變器輸出電壓波形畸變，實現(xiàn)系統(tǒng)的相位補(bǔ)償功能。具體控制的選擇框圖可參見圖2所 示。繼續(xù)對照圖1，準(zhǔn)PR控制器和重復(fù)控制器輸出參考電感電流iLrrf，與實際電感電流iL相比 較送入多參數(shù)滯環(huán)控制器中，通過多參數(shù)滯環(huán)電流控制器驅(qū)動開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而得 到所期望的高質(zhì)量并網(wǎng)電壓電流輸出波形。
[0019] 參見圖3, krrf為參考指令電流，k為實時并網(wǎng)電感電流，US為輸入直流母線的電 壓，h為滯環(huán)寬度的一半。假設(shè)€為實時并網(wǎng)電感電流的上升電流A為實時并網(wǎng)電感電流的 下降電流，在開關(guān)管的一個開關(guān)周期T s內(nèi)，％ = !'。11+1'。^通過相應(yīng)的公式推導(dǎo)可得：
[0021]式中，Us為直流母線側(cè)輸入電壓、Ug為網(wǎng)側(cè)電壓、L為濾波電感、diLref/dt為指令電 流關(guān)于時間的斜率、fs為開關(guān)管開關(guān)頻率。通過控制四個IGBT器件1'1，12，13，14，直流側(cè)電 壓變?yōu)榻涣麟妷狠斔偷诫娋W(wǎng)中。變環(huán)寬滯環(huán)比較器能夠檢測電網(wǎng)的電流并與期望值進(jìn)行比 較，比較的差值出入滯環(huán)控制器，通過編程控制門級邏輯單元來實現(xiàn)對1^2，13，14有效控 制，實現(xiàn)開關(guān)頻率的相對穩(wěn)定，并達(dá)到所期望的效果。
[0022]參見圖4,圖4為電壓外環(huán)復(fù)合控制的結(jié)構(gòu)框圖，其表示的是準(zhǔn)PR控制器與重復(fù)控 制器的并聯(lián)式復(fù)合控制結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合控制后，系統(tǒng)抗擾動的能力加強(qiáng)。采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)， 只要重復(fù)控制器設(shè)計合理，系統(tǒng)就能獲得比較好的抗擾動特性。其整個電壓外環(huán)的函數(shù)關(guān) 系如下所示：
[0024]其中廠N為周期延遲環(huán)節(jié)、Q(z)為小于1的常數(shù)環(huán)節(jié)、S(z)為補(bǔ)償環(huán)節(jié)、相位補(bǔ)償環(huán) 節(jié)Zk、比例因子0。:擾動輸入為d(z)，跟蹤誤差為e(z)，輸出為y(Z)，KPR(s)為準(zhǔn)比例諧振的傳 遞函數(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種考慮光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的新型復(fù)合控制方法，其特征在于:在傳統(tǒng)電流滯環(huán)控制電 流的基礎(chǔ)上提出一種結(jié)合重復(fù)控制和準(zhǔn)比例諧振(PR)控制的復(fù)合多參數(shù)滯環(huán)電流控制方 法，利用準(zhǔn)PR控制器具有零穩(wěn)態(tài)誤差和重復(fù)控制器能精確補(bǔ)償所述光伏逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)相 位的性能，在多參數(shù)滯環(huán)電流控制中引入環(huán)寬反饋，控制逆變器開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實 現(xiàn)向電網(wǎng)系統(tǒng)輸送電能質(zhì)量較高的并網(wǎng)電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1，所述光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)合控制方法，其應(yīng)用到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)特征在 于:①所述準(zhǔn)PR控制的參考輸入電壓為電網(wǎng)電壓U grrf②所述復(fù)合控制方法在系統(tǒng)擾動大時 采用準(zhǔn)PR控制與多參數(shù)滯環(huán)電流控制結(jié)合方法，在系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)時采用重復(fù)控制與多參數(shù) 滯環(huán)電流控制結(jié)合的方法。③所述滯環(huán)電流控制的電流參考信號為電感電流Ilrrf。 其中，所述準(zhǔn)PR控制器的傳遞函數(shù)為：kP為準(zhǔn)PR控制器的基波比例控制系數(shù)，kr為準(zhǔn)PR控制器的諧振增益，w。表示截止頻率，W0 表示基波頻率，khn*PR控制器η次諧波積分控制系數(shù)，η表示諧波次數(shù)。
【文檔編號】H02J3/38GK105958527SQ201610284689
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】夏向陽, 易浩民, 李經(jīng)野, 蔡潔, 范家銘, 夏邦杰, 臧國棟, 賈晉峰, 王霖浩
【申請人】長沙理工大學(xué)