专利名称：单级光伏逆变器稳定mppt控制系统及方法
技术领域：
本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统及方法。
背景技术：
在太阳能并网发电系统中，太阳能电池是将光能直接转换成电能的一种半导体器件，在一定光能下，如何有效增加太阳能电池的输出功率，从而充分利用太阳能，提高整个太阳能并网发电系统的发电效率具有重要意义。通过对太阳能电池输出功率特性进行研究，发现太阳能电池输出功率P与光照强度W和环境温度T有关，如图I所示，为相同T不同W下的P-U特性曲线，其中，U为太阳能电池输出电压；图2为相同W不同T下的P-U特性曲线。从图I可以看出，太阳能电池最大输出功率随光照强度增强而变大，并且，在同一光照环境下具有唯一的最大输出功率点。在最大输出功率点左侧，输出功率随太阳能电池输出电压上升呈近似线性上升趋势；到达最大输出功率点后，输出功率开始快速下降，并且，下降速度远大于上升速度。图2中，太阳能电池输出功率总的变化趋势与图I相似。因此，太阳能电池输出功率与光照强度和环境温度关系密切，当外部环境变化时，太阳能电池输出功率也会产生较大的变化，如何对光伏发电系统进行控制，使太阳能电池工作在最大输出功率点附近，是提高太阳能电池效率的有效方式。MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率点跟踪)是目前采用比较广泛的一种太阳能电池功率点控制策略，通过实时改变并网发电系统的工作状态，跟踪太阳能电池的最大输出功率点，从而实现太阳能电池最大功率输出。具体的，通过改变控制量，使太阳能电池的输出电压发生变化，通过变化前后输出功率对输出电压的差分，判断当前工作点在P-U特性曲线上的位置，进而判断下一步控制量的变化方式，从而使太阳能电池工作点逐渐向最大输出功率点靠近。目前，采用MPPT控制策略的现有控制器使用电压扰动法跟踪太阳能电池的最大输出功率点，具有扰动跟踪速率较低，并且计算得到的本拍与前一拍的太阳能电池板输出电压差Au易出现偏差而导致极性错误，S卩Au正负错误，无法有效保证太阳能电池板稳定工作于最大输出功率点附近，并且无法快速跟踪变化剧烈的光照环境，从而降低了太阳能电池板使用效率。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统及方法，电压控制器基于直流电容电压和输出电感电流建模，电压及电流环采用相同控制周期，采用新型的电压环控制器，包括比例积分PI控制、加极点补偿及陷波滤波器组合，从而保证单级逆变系统稳定运行于太阳能电池板P-U特性曲线最大功率点左右两侧，杜绝直流电压崩塌问题；此外，采用Mppt的变步长电压扰动法，通过调整比例系数，可保证MPPT最大功率跟踪的良好动态响应及稳态性能，从而提闻了太阳能电池板使用效率。本发明采用的技术方案如下本发明提供一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统，包括太阳能电池板、光伏逆变器、电网和MPPT控制器；所述太阳能电池板、所述光伏逆变器和所述电网顺次连接；所述MPPT控制器分别与所述太阳能电池板和所述光伏逆变器连接。优选的，所述光伏逆变器包括串联的三相逆变电路、滤波电路及变压电路；和/或所述MPPT控制器为DSP控制器。本发明提供一种应用上述单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统的方法，所述方法包括以下步骤
SI，所述MPPT控制器采集所述太阳能电池板的实际输出电压Ude和实际输出电流ipv，经电压扰动环处理，输出作为电压控制环的电压给定ud。％ ；S2，所述MPPT控制器将所述太阳能电池板的电压反馈ud。Jb与ud。输出给所述电压控制环，经所述电压控制环处理，输出作为电流控制环d轴电流给定id Mf ；S3，所述MPPT控制器采集所述光伏逆变器的当前并网三相电流ia、ib和i。，基于PARK及CLARK变换原理，将三相静止坐标系abc转换为两相静止坐标系α β，再将所述两相静止坐标系α β转换为两相旋转坐标系dq，计算得到d轴电流id和q轴电流i,;S4，将S2得到的id Mf和S3得到的id之差输出给所述电流控制环，输出d轴电压Um d ;所述控制器设置为纯有功功率输出，无功电流给定iq—% = 0，与i,之差值输出给所述电流控制环，输出q轴电压Um q ；S5，所述控制器进行坐标系逆变变换，即将两相旋转坐标系dq转换为两相静止坐标系α β，再将两相静止坐标系α β转换为三相静止坐标系abc，将Um d和Um q转换得到三相控制电压um a、Um b和Um。；然后采用SVPWM空间矢量脉宽调制得到三相调制波PWM，输出至所述光伏逆变器的管子模块IGBT。优选的，SI中，所述电压扰动环处理过程具体为Sll,设定所述电压控制环的电压给定ud。—ref的初始值以及符合变量sign ；S12，设定采样频率，按该采样频率采集当前拍的太阳能电池板的实际输出电压udc (k)和实际输出电流ipv(k)，然后计算当前拍的太阳能电池板的输出功率P(k)，其中，P (k) = udc (k) X ipv (k)；S13，获取前I拍的太阳能电池板的输出功率P (k-Ι)、前I拍的太阳能电池板的直流电压给定值Uderef (k-ι)以及前2拍的太阳能电池板的直流电压给定值ud。ref(k-2);然后计算 ΔΡ 和 Au,其中，ΔΡ = P(k)-P(k-1), Au = Udc ref (k~l)-Udc ref (k~2)；S14，判断Λ P是否等于0，如果判断结果为是，则sign赋值0，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则执行S15;S15，进一步判断是否满足ΛΡ > O并且Au < O的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则执行S16 ；S16，进一步判断是否满足ΛΡ < O并且Au > O的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则sign赋值-1，然后执行17 ；S17，根据公式⑴计算当前拍需要输出的所述电压控制环的电压给Sudc; Mf(k)；udc ref(k) = udc ref (k-1)-signXUstepX (KmpptX ΔΡ) 公式(I)
其中，Ustep---电压扰动步长值，Kmppt---比例系数；S18，当到达下一拍的采样周期时，令k = k+Ι，重复执行S12-S17。优选的，所述电压控制环处理过程具体为经所述电压扰动环处理，输出电压给定ud。ref, Udc ref与电压反馈ud。fb相减，得到差
权利要求
1.一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统，其特征在于，包括太阳能电池板、光伏逆变器、电网和MPPT控制器；所述太阳能电池板、所述光伏逆变器和所述电网顺次连接；所述MPPT控制器分别与所述太阳能电池板和所述光伏逆变器连接。
2.根据权利要求I所述的单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统，其特征在于，所述光伏逆变器包括串联的三相逆变电路、滤波电路及变压电路；和/或所述MPPT控制器为DSP控制器。
3.一种应用权利要求1-2任一项所述单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 SI，所述MPPT控制器采集所述太阳能电池板的实际输出电压ud。和实际输出电流ipv，经电压扰动环处理，输出作为电压控制环的电压给定ud。μ ； S2，所述MPPT控制器将所述太阳能电池板的电压反馈ud。Jb与ud。输出给所述电压控制环，经所述电压控制环处理，输出作为电流控制环d轴电流给定id Mf ； S3，所述MPPT控制器采集所述光伏逆变器的当前并网三相电流ia、ib和i。，基于PARK及CLARK变换原理，将三相静止坐标系abc转换为两相静止坐标系α β，再将所述两相静止坐标系α β转换为两相旋转坐标系dq，计算得到d轴电流id和q轴电流i,； S4，将S2得到的id Mf和S3得到的id之差输出给所述电流控制环，输出d轴电压um d;所述控制器设置为纯有功功率输出，无功电流给定iq—= O，与i,之差值输出给所述电流控制环，输出q轴电压um q; S5，所述控制器进行坐标系逆变变换，即将两相旋转坐标系dq转换为两相静止坐标系α β，再将两相静止坐标系α β转换为三相静止坐标系abc，将Um d和Um q转换得到三相控制电压um a、Um b和Um。；然后采用SVPWM空间矢量脉宽调制得到三相调制波PWM，输出至所述光伏逆变器的管子模块IGBT。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，SI中，所述电压扰动环处理过程具体为 S11，设定所述电压控制环的电压给定ud。的初始值以及符合变量sign ； S12，设定采样频率，按该采样频率采集当前拍的太阳能电池板的实际输出电压udc;(k)和实际输出电流ipv(k)，然后计算当前拍的太阳能电池板的输出功率P(k)，其中，P(k)=udc (k) X ipv (k)； S13，获取前I拍的太阳能电池板的输出功率P (k-1)、前I拍的太阳能电池板的直流电压给定以及前2拍的太阳能电池板的直流电压给定值udc;Mf(k-2);然后计算ΔΡ 和 Au,其中，ΔΡ = P(k)-P(k_l), Au = Udc ref (k~l)-Udc ref (k~2)； S14，判断△ P是否等于0，如果判断结果为是，则sign赋值0，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则执行S15; S15，进一步判断是否满足ΛΡ > O并且Au < O的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则执行S16 ； S16，进一步判断是否满足ΛΡ < O并且Au > O的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17 ;如果判断结果为否，则sign赋值-1，然后执行17 ； S17，根据公式⑴计算当前拍需要输出的所述电压控制环的电压给Sudc; Mf(k)；Udc—ref(k) = Udc ref (k-1)-signXUstepX (Kmppt X ΔΡ) 公式(I) 其中，uStep---电压扰动步长值，Kmppt---比例系数；S18，当到达下一拍的采样周期时，令k = k+Ι，重复执行S 12-S17。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2中，所述电压控制环处理过程具体为经所述电压扰动环处理，输出电压给定ud。ref, Udc ref与电压反馈ud。fb相减，得到差值 K,
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S2之后，还包括经所述电压扰动环处理，输出电压给定ud。Mf，Udc ref与电压反馈Udcjb相减，得到差值errUik ;errK/c经过电压环控制器Dv all (S)，输出id—M作为电流环d轴电流给定；id—M与电 I感d轴电流反馈id之差经电流环控制器Di (S)，输出um d ；uffl d经硬件电感模块-，输 sL + r K出实际d轴电流id ;id与ipv之差，输出实际电容id。；再经硬件电容模块输出ud。。 SC
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压控制环与所述电流控制环的控制周期相同。
全文摘要
本发明提供一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统及方法，该系统包括太阳能电池板、光伏逆变器、电网和MPPT控制器；所述太阳能电池板、所述光伏逆变器和所述电网顺次连接；所述MPPT控制器分别与所述太阳能电池板和所述光伏逆变器连接。该方法中，(1)采用新型的电压环控制器，包括比例积分PI控制模块、极点补偿模块及陷波滤波器模块，同时电压环和电流环控制器采用相同控制周期，保证单级逆变系统运行的稳定性及输出质量良好的电能；(2)采用Mppt的变步长电压扰动法，通过调整比例系数，可保证MPPT最大功率跟踪的良好动态响应及稳态性能，从而提高了太阳能电池板使用效率。
文档编号H02J3/38GK102723740SQ20121024329
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者姜碧光, 宁华宏, 杨亲成 申请人:浙江埃菲生能源科技有限公司