光伏并网发电系统的同步方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏并网发电系统的同步方法与装 置。
【背景技术】
[0002] 相对于其他类型的发电系统，光伏并网发电系统是低频的、强的非线性系统。众所 周知，我们日常所使用的电网市电并不是标准的正弦波，其中夹杂着各种噪声，且逆变器的 输出电流中除了噪声还有各种谐波的存在，而这些都影响和制约着光伏并网的同步效果。
[0003] 目前出现的光伏并网发电系统的逆变器与电网的同步方法是通过PID闭环控制来 实现的，即将光伏并网发电系统输出电流或电压送入PID中进行差值运算，并将运算结果送 入到PffM发生器中，通过PWM发生器产生相应的控制信号去控制逆变桥电路。在同步速度，鲁 棒性和抗干扰性等方面性能还存在一些不足，从而影响了光伏并网发电系统的同步性能。 因此，如何减少同步时间，提高光伏并网发电系统的抗干扰性和鲁棒性一直是业内关注和 研究的重点。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的是提供一种基于LMS(Least Mean Square，最小均方）自适应滤 波和PID控制相结合的光伏并网发电系统的同步方法与装置，该方法不仅能够提高光伏并 网发电系统的同步性能，而且能降低总谐波失真，使其更具有实用性。
[0005] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种光伏并网发电系统的同步方法，对采样的电压信号和采样的电流信号同时进 行自适应LMS滤波，包括如下步骤：
[0007] 步骤1、分压电路对电网输出电压进行降压；
[0008] 步骤2、电压采样电路对降压后的电压信号进行电压离散采样；同时，电流传感器 电路对逆变器产生的电流进行电流离散采样；
[0009] 步骤3、电压模数转换电路将模拟化的电压离散采样序列转换为数字化的电压离 散采样序列信号；同时，电流模数转换电路将模拟化的电流离散采样序列转换为数字化的 电流离散采样序列信号；
[0010] 步骤4、对数字化的电压离散采样序列进行电压自适应LMS滤波，滤除电压信号中 的各种谐波；同时，对数字化的电流离散采样序列进行电流自适应LMS滤波，滤除电流信号 中的各种谐波；
[0011] 步骤4.1、设定标准参考电压d(n)和电压加权系数w(0);
[0012] 步骤4.2、利用下述迭代公式不断求出每次采样所对应的电压加权系数，即
[0014]式中，w(n+l)为第n+1次采样所对应的自适应LMS滤波的加权系数，w(n)为第η次采 样所对应的自适应LMS滤波的加权系数，μ为学习速率，
为标准参考 电压，〇(?)为第η次采样所对应的采样电压值；
[0015]步骤4.3、对新的一次电压采样电压值进行加权运算，并对所有的加权后的采样电 压值进行相加运算，如此往复，得到滤波后的电压信号y(n)并输出，即
[0017]式中，Wk(n)为第k个权系数第η次采样所对应的电压加权系数，-fc)第n-k次采 样所对应的采样电压值，k = 0，1，2，…，L-I，L为权系数个数；
[0018] 步骤4.4、设定标准参考电流b(n)及初始电流加权系数v(0);
[0019] 步骤4.5、利用下述迭代公式不断求出每次采样所对应的电流加权系数，即
[0021] 式中，v(n+l)为第n+1次采样所对应的自适应LMS滤波的加权系数，v(n)为第η次采 样所对应的自适应LMS滤波的加权系数，μ为学习速率，
b(η)为标准参考 电流，/(?) %第η次米样所对应的米样电流值；
[0022] 步骤4.6、对新的一次电流采样电压值进行加权运算，并对所有的加权后的采样电 流值进行相加运算，如此往复，得到滤波后的电流信号ζ(η)并输出，即
[0024] 式中，vk(n)为第k个权系数第η次采样所对应的电流加权系数，幻第n-k次采 样所对应的采样电流值，k = 0，1，2，…，L-I，L为权系数个数；
[0025] 步骤5、将电流自适应LMS滤波器输出的滤除各种谐波及噪声后的电流信号z(n)乘 以单位电阻R3得到的信号与电压自适应LMS滤波输出的滤除各种谐波及噪声后的电压信号 y (η)同时送入减法器中进行相减；
[0026] 步骤6、步骤5所得即电流信号与单位电阻相乘后与电压信号相减后的所得的差值 信号输入到PID控制器，由PID控制器对PWM发生器产生相应的脉冲调宽控制信号来控制逆 变桥电路，使电网输出电压与逆变器产生电流的频率和相位达到同步。
[0027] 实现上述同步方法的光伏并网发电系统的同步装置，由电压滤波单元、电流滤波 单元、减法器、PID控制器和PffM发生器组成。电压滤波单元包括分压电路、电压采样电路、电 压模数转换电路和电压自适应LMS滤波器;分压电路的输入端连接在光伏并网发电系统的 电网的输出端上，分压电路的输出端经电压采样电路连接电压模数转换电路的输入端，电 压模数转换电路的输出端连接电压自适应LMS滤波器的输入端，电压自适应LMS滤波器的输 出端形成电压滤波单元的输出端，与减法器的一个输入端相连。电流滤波单元包括电流传 感器电路、电流采样电路、电流模数转换电路和电流自适应LMS滤波器；电流传感器电路的 输入端连接在光伏并网发电系统的逆变器的输出端上，电流传感器电路的输出端经电流采 样电路连接电流模数转换电路的输入端，电流模数转换电路的输出端连接电流自适应LMS 滤波器的输入端，电流自适应LMS滤波器的输出端形成电流滤波单元的输出端，与减法器的 另一个输入端相连。减法器的输出端与PID控制器的输入端相连，PID控制器的输出端经一 PWM发生器与逆变器的控制端相连。
[0028]与现有技术相比，本发明在并网初期，引入了自适应LMS滤波的方法，将之应用在 光伏并网逆变器中，LMS滤波不仅可快速地滤掉逆变器产生电流中的谐波和电网输出电压 中的各种噪声，从而使逆变器产生电流与电网输出电压达到更好的同步效果，而且能大大 缩短PID控制方法的同步时间，并能有效减少总谐波失真。在光伏并网发电系统运行中，对 于电网噪声，外界干扰和误差的累积等造成的同步的破坏，LMS自适应滤波可进行实时的调 整，有效地降低稳态误差。经实验验证发现，在未加入自适应LMS滤波器时，输出电流经过 0.12s才达到同步，同步时间较长，而且达到同步后的电流跟踪并不理想，而在加入两个自 适应LMS滤波后0.05s就达到同步，并且同步后电流很好的对参考电流进行跟踪。不加自适 应LMS滤波的普通PID方法并网逆变器THD，其总谐波失真为3.78%，而本发明对电网输出电 压和逆变器产生电流都加入自适应LMS滤波，总谐波失真下降到了 0.63%，并且在3,5,7次 谐波处的增益明显减小，滤除效果明显。
【附图说明】
[0029]图1为光伏并网发电系统的同步装置结构图。
[0030] 图2为自适应LMS滤波的原理图。
[0031] 图3为电网加入白噪声时，并网逆变器输出电流和参考电流的同步跟踪图比较图。 (a)为未加入自适应LMS滤波，采用PID控制时的同步电流跟踪结果；（b)为对逆变器产生电 流和电网输出电压两处同时进行自适应LMS滤波，采用PID控制时同步电流跟踪结果。
[0032] 图4为电网加入白噪声的稳态误差分析图。（a)为未加入自适应LMS滤波，采用PID 控制时的稳态误差；（b)为对逆变器产生电流和电网输出电压两处同时进行自适应LMS滤 波，采用PID控制时的稳态误差。
[0033]图5为电网加入白噪声情况下的THD对比图。（a)为未加入自适应LMS滤波，采用PID 控制时逆变器输出电流的THD;(b)为对逆变器产生电流和电网输出电压两处同时进行自适 应LMS滤波，采用PID控制时的THD。……
[0034]图6为两处同时加入LMS滤波，采用PID控制时对电网中有突发脉冲噪声时的同步 仿真图。(a)为电网中有突发脉冲噪声时，同时加入两处自适应LMS滤波时，并网逆变器输出 电流与参考电流的同步跟踪性能；（b)为电网中有突发脉冲噪声时，同时加入两处自适应 LMS滤波时，并网逆变器输出电流与参考电流的稳态误差；（c)为电网中有突发脉冲噪声时， 同时加入两处自适应LMS滤波时，并网逆变器输出电流的THD。
[0035]图7为同时加入两处LMS滤波，对电网中有与电网同步和异步的周期性噪声时，并 网逆变器输出电流与参考电流同步仿真图。（a)为电网中有与电网同步和异步的周期性噪 声时，并网逆变器输出电流