专利名称：一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法
技术领域：
本发明涉及智能电网、太阳能发电领域，具体是一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法。
背景技术：
随着生态环境的恶化和不可再生能源的日益衰竭，节能减排和新能源技术已成为当前的研究热点。太阳能作为一种丰富的无污染清洁能源成为解决能源问题的重要途径， 随着可再生能源通过构建分布式发电结构与低压配电网连接，作为太阳能光伏并网发电的关键技术的并网控制策略，其研究已日益受到重视。如何提高逆变器的整体转换效率和功率因数、以及降低并网电流的畸变率已成为研究的目标和重点。单相光伏并网发电系统结构如
图1所示，为了减少并网逆变器并网电流的高次谐波，逆变器大多采用SPWM调制技术。由于直流侧电压的波动可能通过逆变器引起并网电流的畸变，因而需要构建电压闭环来稳定直流侧电压。为了减小电流畸变和加快系统动态响应，需要构建电流内环对并网电流进行控制。因此，目前的并网逆变器大多采用双闭环控制策略。为了简化系统控制和方便工程应用，直流侧电压外环大多采用PI控制器，电流内环是决定系统性能的关键，因此是目前并网控制的研究重点，电流控制主要包括PI控制、 比例谐振(PR)控制、预测电流控制、无差拍控制、自适应滞环控制、重复控制、模糊控制、鲁棒控制等方法。常用的滞环电流控制比较简单，鲁棒性强，但开关频率对负载参数依赖性强，因此电流纹波较大。传统的PI控制器设计简单、易于实现，但对于电流控制，PI控制器跟踪正弦交流参考量具有较大的稳态误差，不适用于电流并网控制。比例谐振(PR)控制器在谐振频率下具有无穷大的增益，可以零稳态误差地跟踪交流参考电流。但由于二阶带通滤波器在谐振频率下为广义积分器，而且在数字系统中，难以获得谐振频率条件下的无穷大增益。无差拍电流控制作为一种基于电路模型的控制方法，具有良好的动态响应，且在较低的开关频率下也可使输出电流快速准确地跟踪指令电流，因而被广泛应用于并网逆变器中。但无差拍控制器存在着延时和依赖精确的电气模型参数(并网电感量)等不足。一方面，由于并网电感量在实际中无法精确检测，因此代入无差拍控制器中的电感器存在一定偏差，而这将极大影响无差拍控制的稳定裕度和控制精度。另一方面，与大多数控制方法一样，在工程实践中，存在包含滞后一拍控制、PWM动作延时、采样时延和死区时间等延时问题。对此，文献提出了延时补偿的方法，但未考虑电气参数的不吻合，有些仅对控制延时进行了补偿，从而影响了系统精度和稳定裕度。考虑到并网电感参数偏差和控制延时，国内外学者也提出了一种鲁棒预测电流控制策略用来补偿延时和增强系统鲁棒性，但其采用的模糊控制器、神经网络估计器和自适应误差校正控制器等方法相对复杂，难于应用于实际的单相光伏并网逆变器中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，克服现有双闭环控制方法的不足，解决无差拍控制中存在的滞后一拍控制、PWM动作延时、死区时间延时以及电感参数不匹配等问题。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，该方法的具体步骤为(1)在每个采样周期的起始点，DSP控制器启动A/D转换器，对电网电压Us、直流侧电压ud。、光伏输出电压Upv，并网电流is、光伏输入电流ipv，分别进行采样，A/D转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理；(2)功率前馈控制以及前馈电流指令的获取DSP控制器根据光伏电压和光伏电流的瞬时值进行最大功率点(MPPT)跟踪，并计算出每个采样周期的有功功率Ppv，同时，DSP 在单个电网周期内计算出该电网周期内的电网电压有效值Us，前馈电流幅值指令Ip/可由下列公式计算出
权利要求
1.一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤为1)在每个采样周期的起始点，DSP控制器启动A/D转换器，对电网电压Us、直流侧电压 ud。、光伏输出电压Upv，并网电流is、光伏输入电流ipv分别进行采样，AD转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理；2)DSP控制器根据光伏电压和光伏电流的瞬时值进行最大功率点跟踪，并计算出每个采样周期的有功功率Ppv，同时，DSP控制器在单个电网周期内计算出该电网周期内的电网电压有效值Us ；3)将直流侧参考电压‘和直流侧电压ud。的差值e作为PI控制器的输入，PI控制器的输出通过限幅后，获得直流侧稳压环节的电流幅值指令I/ ；4)将电流幅值指令Id/和前馈电流幅值指令Ip/相加合成内环电流幅值指令‘/，将电网电压同步信号Simrt与电流幅值指令Im/相乘，得到该采样周期内与电网电压同步的并网电流瞬时值指令ζ；5)将直流侧电压ud。、并网电流“、并网电流瞬时值指令以及电网电压Us送入鲁棒预测电流无差拍控制器，鲁棒预测电流无差拍控制器的输出即为全桥逆变电路中的各个开关管的占空比D，控制并网电流和能量传递。
2.根据权利要求1所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤4)中，前馈电流幅值指令Ip/的计算公式为
3.根据权利要求1所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤幻中，鲁棒预测电流无差拍控制器计算占空比D的具体步骤为1)利用采集获取的η时刻电网电压us(η)和(η-1)时刻电网电压us (η_1)，通过线性插值方法，预测出第(η+1)个采样周期内的电网电压平均值^―2)利用采集获取的η时刻并网电流is(η)，通过引入权重因子m，采用非线性插值法计算预测电流+3)根据步骤1)和2)获得的预测电网电压平均值和预测值，计算出第η个采样周期的开关管占空比D (η)。
4.根据权利要求3所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤1)中，电网电压平均值1)的计算公式为
5.根据权利要求3所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤2)中，预测电流的计算公式为
6.根据权利要求3所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤2)中，权重因子m的取值范围为|<m<l。
7.根据权利要求3所述的基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，其特征在于， 所述步骤3)中，第η个采样周期的开关管占空比D(n)的计算公式为
全文摘要
本发明公开了一种基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法，主要包括外环电压PI控制、内环鲁棒预测电流无差拍控制、功率前馈控制三个部分，其中，电压外环PI控制用于稳定直流侧电容电压；内环鲁棒预测电流无差拍控制通过超前控制，对下一个控制周期的电网电压进行线性预测和并网电流进行非线性预测，得到下一个周期的并网电流指令值，再通过无差拍控制实现PWM调制和并网控制，本发明使光伏并网逆变器具有更高的鲁棒性、更宽的稳定裕度和更快的动态响应，更好地满足了逆变器并网运行的需要。
文档编号H02J3/38GK102447268SQ201110427510
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者吕志鹏, 张庆海, 徐欣慰, 罗安, 谢三军, 金国彬, 陈燕东 申请人:湖南大学