专利名称：一种两级式单相光伏并网发电控制方法
技术领域：
本发明属于太阳能光伏发电控制技术领域，涉及ー种两级式単相光伏并网发电控制方法。
背景技术：
太阳能资源取之不尽、用之不竭，光伏发电作为太阳能利用的发电技术之一已经得到迅猛发展。就目前的技术水平而言，单块光伏电池板输出电压较低，需要多块光伏电池板进行串联来组成光伏支路，由相同的光伏支路并联组成光伏阵列。光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器才能转换为交流电流注入电网。在相同输出功率的前提下，并网逆变器效率的提高意味着可以少安装ー些光伏电池板，从而降低整个光伏发电系统的设备成本。并网发电逆变电路效率较高，且由于光伏阵列输出电压相对低，因此多采用BOOST升压变换器与単相逆变电路组成两级式単相光伏并网发电逆变电路。对于上述两级式电路而言，当光伏阵列输出电压低于电网峰值电压时，通常做法是:采取BOOST升压变换器的功率开关一直工作，与単相逆变电路控制协调配合，以便保证BOOST升压变换器的输出电压稳定在某一直流电压值，该直流电压值要高于电网峰值电压，其目的是保证光伏阵列产生的电能顺利注入电网。由于此时BOOST升压变换器的功率开关一直工作，因此整个系统的效率受到影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种两级式単相光伏并网发电控制方法，解决了现有技术中BOOST升压变换器的功率开关一直处于工作状态，导致开关损耗明显増加，整个系统效率没有得到充分发挥的问题。本发明所采用的技术方案是，一种两级式単相光伏并网发电控制方法，组成ー个光伏并网发电电路，包括与光伏阵列连接的BOOST升压变换器，BOOST升压变换器与単相逆变电路、滤波电路依次连接，滤波电路再与公共电网并网连接，利用上述的光伏并网发电逆变电路，単相逆变电路一直保持一种控制方式，而所述的BOOST升压变换器存在两种工作模式，即BOOST不工作区间的工作模式和BOOST工作区间的工作模式:所述BOOST不工作区间的工作模式是指光伏阵列输出电压值Vl高于电网瞬时电压的绝对值的时间段内，BOOST升压变换器的功率开关处于关断状态，此时単相逆变电路输入直流电压V2等于光伏阵列输出电压Vl ；所述BOOST工作区间的工作模式是指光伏阵列输出电压值Vl不高于电网瞬时电压的绝对值的时间段内，BOOST升压变换器的功率开关处于开通状态，此时単相逆变电路输入直流电压V2为高于电网峰值电压的某个给定电压值Vb。本发明的有益效果是:即使是光伏阵列输出电压低于电网峰值电压，BOOST升压变换器也不像经典控制方法一祥需要一直升压工作，而是仅当光伏阵列输出电压不高于电网瞬时电压的绝对值时才进行升压控制。因此，半个电网エ频周期内有部分时间BOOST升压变换器根本不工作，从而明显降低开关损耗，使得整个系统效率得到进ー步提高。
图1是本发明方法所依赖的两级式单相光伏并网发电电路框图；图2是本发明两级式単相光伏并网发电电路实施例的连接示意图；图3是本发明方法对应的原理说明波形图；图4是本发明方法的工作模式判断过程框图；图5是本发明方法的BOOST升压变换器在BOOST工作区间时的控制过程框图；图6是本发明方法中的単相逆变电路的控制原理框图。图中，1.光伏阵列，2.BOOST升压变换器，3.单相逆变电路，4.滤波电路，5.公共电网；另外，Il表不光伏阵列输出电流，Vl表不光伏阵列输出电压，V2表示単相逆变电路输入直流电压，13表示単相逆变电路输出电流，V4表示公共电网电压，常数Vb是BOOST工作区间时单相逆变电路输入直流电压的參考值，Cl表不光伏阵列输出滤波电容，C2表示単相逆变电路输入直流滤波电容，Dl表示防反充功率ニ极管，D2表示BOOST升压变换器中的ニ极管，LI表示BOOST升压变换器中的电感，L2表示交流滤波电感，S1-S4表示単相逆变电路中的四个功率开关，S5表示BOOST升压变换器中的功率开关。
具体实施例方式參照图1，是本发明两级式単相光伏并网发电控制方法所依赖的光伏并网发电电路的框图，其结构是，包括与光伏阵列I连接的BOOST升压变换器2，B00ST升压变换器2与単相逆变电路3、滤波电路4依次连接，滤波电路4再与公共电网5并网连接。上述的BOOST升压变换器2作为前级，単相逆变电路3作为后级，BOOST升压变换器2的输出端连接单相逆变电路3的输入端，単相逆变电路3的输出端连接滤波电路4的输入端，滤波电路4的输出端连接公共电网5的输入端。BOOST升压变换器2选用经典的BOOST升压变换器，或者是带有零电压过渡(ZVT)软开关功能的BOOST升压变换器。单相逆变电路3选用经典双极性脉冲宽度调制(PWM)的全桥逆变电路，或者是具有共模电流抑制功能的单极性PWM的各种逆变电路。滤波电路4选用L型滤波器、LC型滤波器或LCL型滤波器的ー种。
參照图2，是本发明两级式単相光伏并网发电控制方法的一种实施例电路连接框图，BOOST升压变换器2选用经典的BOOST升压变换器，単相逆变电路3选用经典双极性脉冲宽度调制(PWM)的全桥逆变电路，滤波电路4选用L型滤波器。參照图3，是本发明的控制方法实施例所对应的原理说明波形图，在0-tl区间、t2-t3区间、t4-t5区间、t6-t7区间、t8-t9区间内，光伏阵列输出电压值Vl高于电网瞬时电压的绝对值，它的功率开关管不动作，因此这几个区间都是BOOST升压变换器的不工作区间；而在tl-t2区间、t3-t4区间、t5-t6区间、t7-t8区间内，光伏阵列输出电压值Vl不高于电网瞬时电压的绝对值，它的功率开关管动作，因此这几个区间都是BOOST升压变换器的工作区间。对于BOOST升压变换器的不工作区间，単相逆变电路输入直流电压V2等于光伏阵列输出电压Vl ;对于BOOST升压变换器的工作区间，単相逆变电路输入直流电压V2为高于电网峰值电压的某个给定电压值Vb (例如380V)。由于电网电压按エ频周期周而复始变化，因此电网电压经过取绝对值后，每半个エ频周期内总存在两个BOOST不工作区间和ー个BOOST工作区间，而在BOOST不工作区间，BOOST开关损耗降为0，相对于常规控制方式下BOOST开关损耗明显降低。本发明两级式单相光伏并网发电控制方法的工作原理是:參照图4，是本发明两级式単相光伏并网发电控制方法的工作模式判断框图。电网电压V4经过取绝对值运算，得到电网电压V4的绝对值，它与光伏阵列输出电压Vl进行比较，得到BOOST升压变换器工作模式判断結果，即得出系统处于BOOST不工作区间或BOOST工作区间两种工作模式。当系统处于BOOST不工作区间的工作模式吋，BOOST升压变换器2中的功率开关S5被禁止,一直处于关断状态,此时光伏阵列I的输出电压经过防反充功率ニ极管D1、光伏阵列输出滤波电容CUB00ST升压变换器中的电感LI和ニ极管D2，直接作为单相逆变电路输入直流电压V2 ；当系统处于BOOST工作区间的工作模式时，其控制框图參照图5，其逆变电路输入直流电压參考值常数Vb作为单相逆变电路输入直流电压V2的參考值，它与实际采样的单相逆变电路输入直流电压V2经过减法运算，得到它们两个的误差值，该误差值经过电压PI闭环控制算法，再经过脉冲宽度调制输出信号处理，来控制BOOST升压变换器中的功率开关S5进行开关动作，实现BOOST升压变换器输出电压稳定在常数Vb的电压值。不管两级式单相光伏并网发电逆变电路处于BOOST工作区间的工作模式，还是处于BOOST不工作区间的工作模式，其中的单相逆变电路3的控制方式一直保持不变。參照图6，単相逆变电路3的控制方式是，通过对光伏阵列输出电流Il和光伏阵列输出电压Vl的采样，根据最大功率点跟踪算法得出単相逆变电路输出电流幅值參考；电网电压V4经过数字锁相环得出同步旋转角，对该同步旋转角进行正弦计算得出単位正弦參考信号，単相逆变电路输出电流幅值參考与単位正弦參考信号进行乘法运算，得出単相逆变电路參考输出电流，该參考输出电流与实际的単相逆变电路输出电流进行減法运算，得出电流误差，该电流误差经过电流闭环控制算法，得出用于控制単相逆变电路的S1-S4功率开关的脉冲宽度调制输出信号，从而产生与电网电压相位一致的电流信号。所述的最大功率点跟踪算法可以是扰动观察法或者其他已知算法。所述的电流闭环控制算法可以是无差拍控制或其他已知电流算法。
综上所述，BOOST升压变换器2根据光伏阵列输出电压与电网瞬时电压的绝对值的大小关系来决定是否工作，単相逆变电路的输入电压随着BOOST升压变换器工作与否分别在某个给定电压值和光伏阵列输出电压两个电压值间变化。単相逆变电路3 —直处于エ作状态，由最大功率点跟踪外环控制和逆变输出电流内环控制来完成高功率因数的正弦电流注入电网功能，即它的控制外环是最大功率点跟踪算法，其输出值作为逆变输出參考电流幅值，它与电网电压为基础的数字锁相环产生的同步旋转角的単位正弦值相乘，作为逆变输出參考电流，该逆变输出參考电流与实际反馈的逆变输出电流之差作为电流闭环控制算法的输入，实现单相逆变电路的内环控制。本发明方法的实质意义在于，当光伏阵列输出电压低于电网电压峰值时，在単相逆变电路由最大功率点跟踪外环控制和逆变输出电流内环控制的基础上，利用光伏阵列输出电压与电网瞬时电压的大小关系，BOOST升压变换器在半个电网エ频周期内时而工作，时而不工作，因此与经典BOOST升压变换器始终处于工作状态相比，本发明方法中的BOOST升压变换器的开关损耗明显減少，整个系统的效率得到显著的提升，特别适用于光伏阵列输出电压低于电网峰值电压情况下的两级式単相光伏并网发电电路。
权利要求
1.一种两级式単相光伏并网发电控制方法，其特征在干: 组成ー个光伏并网发电逆变电路，包括与光伏阵列(I)连接的BOOST升压变换器(2)，BOOST升压变换器(2 )与単相逆变电路(3 )、滤波电路(4 )依次连接，滤波电路(4 )再与公共电网(5)并网连接， 利用上述的光伏并网发电逆变电路，単相逆变电路(3)—直保持一种控制方式，而所述的BOOST升压变换器(2)存在两种工作模式，即BOOST不工作区间的工作模式和BOOSTエ作区间的工作模式: 所述BOOST不工作区间的工作模式是指光伏阵列输出电压值Vl高于电网瞬时电压的绝对值的时间段内，BOOST升压变换器(2)的功率开关处于关断状态，此时单相逆变电路输入直流电压V2等于光伏阵列输出电压Vl ； 所述BOOST工作区间的工作模式是指光伏阵列输出电压值Vl不高于电网瞬时电压的绝对值的时间段内，BOOST升压变换器(2)的功率开关处于开通状态，此时単相逆变电路输入直流电压V2为高于电网峰值电压的某个给定电压值Vb。
2.根据权利要求1所述的两级式单相光伏并网发电控制方法，其特征在于: 所述单相逆变电路(3)的控制方式是，通过对光伏阵列输出电流Il和光伏阵列输出电压Vl的采样，根据最大功率点跟踪算法得出単相逆变电路输出电流幅值參考；电网电压经过数字锁相环得出同步旋转角，对该同步旋转角进行正弦计算得出単位正弦參考信号，单相逆变电路输出电流幅值參考与単位正弦參考信号进行乘法运算，得出単相逆变电路參考输出电流，该參考输出电流与实际的単相逆变电路输出电流13进行减法运算，得出电流误差，该电流误差经过电流闭环控制算法，得出用于控制単相逆变电路(3)的S1-S4功率开关的脉冲宽度调制输出信号，从而产生与电网电压相位一致的电流信号。
全文摘要
本发明公开了一种两级式单相光伏并网发电控制方法，针对由BOOST升压变换器和单相逆变电路及滤波器组成的光伏并网发电逆变电路，BOOST升压变换器存在两种工作模式，它包括BOOST不工作区间的工作模式和BOOST工作区间的工作模式；单相逆变电路由最大功率点跟踪外环控制和逆变输出电流内环控制来完成高功率因数的正弦电流注入电网功能。本发明方法在半个电网工频周期内有部分时间BOOST升压变换器根本不工作，从而没有开关损耗，使得整个系统效率得到进一步提高。
文档编号H02J3/38GK103094922SQ20131000931
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者任碧莹, 孙向东, 张琦, 安少亮, 宋卫章 申请人:西安理工大学