一种单相光伏并网发电检测系统及其非线性电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电系统领域，具体涉及一种单相光伏并网发电检测系统及其非 线性电流控制方法。
【背景技术】
[0002] 因光照的间歇性和电能变换装置的非线性函数关系，光伏并网系统体现出很强的 非线性特征，光伏并网逆变器作为连接光伏并网发电系统和电网的接口单元，被广泛地应 用在光伏并网发电系统中，研发与并网逆变器硬件设备相适应的高性能电流控制方法具有 很强的研宄与应用价值。
[0003] 目前改善逆变器静态、动态性能的主要控制方法包括多种PI控制、无差拍控制、 滑模控制和多种智能控制方法等；但在光伏并网发电系统的实际应用中，面临着光伏电源 的输出特性时刻变化、负荷变化、突发故障等多种问题，上述控制方法都体现出一定局限 性：PI控制在快速变化的光辐照度、环境温度下动态响应不够快速、运算量和复杂程度难 实现优化；无差拍控制响应快，但要求精确的系统模型，难以克服外部环境变化时带来的 失配、失稳问题；滑模控制对开关频率的控制要求较高，且实用中难以确定理想的滑模面； 神经网络、遗传算法等智能控制方法实用时较难满足对系统动态特性的精确捕捉和精细调 节，由以上分析可以看出，要充分提高逆变器的输出电能质量、优化控制过程，需进一步研 宄和设计新的控制方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种具有更好内动态稳定性的 单相光伏并网发电系统的控制结构及控制方法，且在部分线性化过程中，非线性项的部分 消除获得独立的工作点，通过对非线性电流的部分反馈线性化控制，使得系统具有更快的 响应速度，跟踪光伏电池最大功率点跟踪（MPPT)得到的参考电流，控制光伏并网发电系统 输入电网侧的电流，实现通过光伏并网发电系统的稳定高效运行，为了实现上述目的，本发 明采用的技术方案如下：
[0005] -种单相光伏并网发电检测系统，至少包含光伏阵列、滤波电容、并网逆变器和交 流配电网，其特征在于，所述检测系统还包括并网线路：所述并网线路包括最大功率点跟踪 模块、锁相环模块、脉冲调制模块、线性控制模块和部分反馈线性化控制模块，所述并网线 路并网运行时，光伏阵列输出的电压、电流信号，通过最大功率点跟踪模块进行调节后输入 线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行控制，同时交流配电网侧输出的电压、电流， 依次通过锁相环模块、线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行控制，所述最大功率 点跟踪模块和锁相环模块输出的数据经过调整处理后，依次通过线性控制模块和部分反馈 线性化控制模块调节并接入线性控制模块和部分反馈线性化控制模块与并网逆变器开关 之间的脉冲调制模块，通过控制并网逆变器最终实现光伏阵列这一直流电源并入交流电网 的并网控制。
[0006] -种单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方法，其特征在于：利用所述 的单相光伏并网发电系统的线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行线性化控制，并 将其转化为一种降阶线性系统，部分消除了可能出现的非线性特征，改善系统的动态特性， 具体包括如下步骤：
[0007] (1)对单相光伏并网发电系统建模，将单相光伏并网发电系统的非线性过程用状 态空间表达式来表示，建立非线性坐标方程；
[0008] (2)在选定合适的非线性状态反馈量后，通过非线性坐标变换方程和李导数运算， 通过状态反馈构成闭环，以使非线性系统实现线性化对非线性系统进行全部或部分反馈线 性化；
[0009] (3)将部分线性化应用到输出方程中，推导部分反馈线性化的控制方程，符合李雅 普诺夫稳定性，判定该降阶线性系统具有内动态稳定特征；
[0010] (4)设置步骤（3)的控制方程的线性控制输入参数，完成闭环控制过程。
[0011] 优选地，所述单相光伏并网发电系统的非线性过程用状态空间的表达式为： + ，y = h(x) = i，其中:x，u，y分别表示状态方程的状态变量、控制变量 输出变量；
[0012] 式中：x = [V i]T，f(x) = [ipv/C (_Ri_e)/L]T，g(x) = [_iC vL]T，其中，R 是单相 光伏并网发电系统中的参数线路阻抗，L是滤波器线路的电感，i是光伏并网发电系统的电 网侧输入电流，V是光伏并网发电系统的电网侧输入电压。
[0013] 优选地，所述非线性系统进行全部或部分反馈线性化化过程通过非线性坐标变换 方程z = φ (x)和李导数运算= 对n阶线性系统最多进行n次微分获 得输入，则状态输出方程h (X)为状态空间实现全局的精确线性化，对单相光伏并网系统的 输出变量运用部分反馈线线性化，得到李导数运算结果，即
【主权项】
1. 一种单相光伏并网发电检测系统，至少包含光伏阵列、滤波电容、并网逆变器和交流 配电网，其特征在于：所述检测系统还包括并网线路；所述并网线路包括最大功率点跟踪 模块、锁相环模块、脉冲调制模块、线性控制模块和部分反馈线性化控制模块，所述并网线 路并网运行时，光伏阵列输出的电压、电流信号，通过最大功率点跟踪模块进行调节后输入 线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行控制，同时交流配电网侧输出的电压、电流， 依次通过锁相环模块、线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行控制，所述最大功率 点跟踪模块和锁相环模块输出的数据经过调整处理后，依次通过线性控制模块和部分反馈 线性化控制模块调节并接入线性控制模块和部分反馈线性化控制模块与并网逆变器开关 之间的脉冲调制模块，通过控制并网逆变器最终实现光伏阵列该一直流电源并入交流电网 的并网控制。
2. -种单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方法，其特征在于：利用权利要 求1所述的单相光伏并网发电系统的线性控制模块和部分反馈线性化控制模块进行线性 化控制，并将其转化为一种降阶线性系统，部分消除了可能出现的非线性特征，改善系统的 动态特性，具体包括如下步骤： (1) 对单相光伏并网发电系统建模，将单相光伏并网发电系统的非线性过程用状态空 间表达式来表不，建立非线性坐标方程； (2) 在选定合适的非线性状态反馈量后，通过非线性坐标变换方程和李导数运算，通 过状态反馈构成闭环，W使非线性系统实现线性化对非线性系统进行全部或部分反馈线性 化； (3) 将部分线性化应用到输出方程中，推导部分反馈线性化的控制方程，符合李雅普诺 夫稳定性，判定该降阶线性系统具有内动态稳定特征； (4) 设置步骤（3)的控制方程的线性控制输入参数，完成闭环控制过程。
3. 如权利要求2所述的一种单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方 法，其特征在于：所述单相光伏并网发电系统的非线性过程用状态空间的表达式为： 乂二'/'('、-) +《(乂)"，y=h(x) =i，其中：x，u，y分别表示状态方程的状态变量、控制变量和 输出变量； 式中；x=[V;i]T，f(x) = [ipv/c(-Ri-e)/L]T，g(x) = [-i/Cv/L]t，其中，R是单相光 伏并网发电系统中的参数线路阻抗，L是滤波器线路的电感，i是光伏并网发电系统的电网 侧输入电流，V是光伏并网发电系统的电网侧输入电压。
4. 如权利要求2所述的一种单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方法，其特 征在于；所述非线性系统进行全部或部分反馈线性化化过程通过非线性坐标变换方程Z= Mx)和李导数运算L,A(-r)=(効/故)./'(-、')对n阶线性系统最多进行n次微分获得输入，则 状态输出方程h(x)为状态空间实现全局的精确线性化，对单相光伏并网系统的输出变量 运用部分反馈线线性化，得到李导数运算结果，即^马-'々(.K) = ^。
5. 如权利要求4所述的一种单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方法，其特 征在于；将部分线性化应用到状态输出方程h(X)中，则Z=I,,/?(句+ ，对单相光伏 并网发电系统而言，2=^^+^?，用尽:来表示线性控制输入参数取代么，表达式改写 作《 = 1(心；)+化+ 0〇，即为部分反馈线性化后的控制方程表达式。 V
【专利摘要】本发明涉及光伏发电系统领域，具体涉及一种单相光伏并网发电检测系统及其非线性电流控制方法，所述系统至少包含光伏阵列、滤波电容、并网逆变器、交流配电网和并网线路，所述并网线路包括最大功率点跟踪模块、锁相环模块、脉冲调制模块、线性控制模块和部分反馈线性化控制模块，所述单相光伏并网发电检测系统的非线性电流控制方法，通过线性和部分反馈线性化控制，对系统的非线性动态过程进行变换，使系统对外部环境变化具有更快的响应速度，通过采集光伏阵列输出和光伏并网发电系统输入电网侧的电压和电流信号，经过非线性电流控制环节，与最大功率点跟踪和锁相环等功能配合，调节逆变器以实现光伏并网发电系统的稳定高效运行。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104795836
【申请号】CN201510195294
【发明人】肖园园, 肖静, 张阁, 高立克, 杨艺云, 黎玉庭, 金庆忍, 楚红波, 司传涛, 郭敏
【申请人】广西电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月23日