一种含电能质量处理的光伏并网逆变器及其控制方法
【专利摘要】本发明属于光伏并网发电领域，具体为一种含电能质量处理的光伏并网逆变器及其控制方法。光伏并网逆变器，包括光伏组件PV、储能电容C、逆变器和数字信号处理器DSP，该数字信号处理器DSP内部包括PI调节器、锁相环模块PLL和滞环比较器，光伏组件PV和储能电容C连接在逆变器的直流侧，逆变器交流侧通过滤波电感与电网连接，数字信号处理器DSP实时采样直流侧电容电压与交流侧电网电压与电流。本发明采用双滞环SVPWM，当误差电流较大时，采用单一滞环控制，迅速减小误差；误差电流较小时，采用滞环SVPWM控制，实时检测误差电流与参考电压矢量的空间区域，在保证控制精度的同时，输出电压矢量切换过程中只改变逆变器一组桥臂的信号，降低了开关频率。
【专利说明】
-种含电能质量处理的光伏并网逆变器及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于光伏并网发电领域，具体为一种含电能质量处理的光伏并网逆变器及 其控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着生态环境的日益恶化，光伏并网发电成为一种潜力巨大的发电方式；另一方 面，非线性设备的大量应用，电能质量问题也成为一种亟待解决的问题。光伏并网装置与电 能质量处理装置(有源电力滤波器)二者在发展过程中都面临成本高、装置利用率低的问 题。现有的并网逆变器控制方法通常采用单一滞环或单一 SVPWM控制方法。谐波无功指令与 光伏并网电流指令二者的频率不同，含电能质量处理的光伏并网逆变器采用单一的控制方 法不能同时达到精度高、开关频率低的目的。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决含电能质量处理的光伏并网逆变器控制方法单一的问题，提供了 一种含电能质量处理的光伏并网逆变器及其控制方法。
[0004] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种含电能质量处理的光伏并网逆变器， 包括光伏组件PV、储能电容C、逆变器和数字信号处理器DSP，该数字信号处理器DSP内部包 括PI调节器、锁相环模块化L和滞环比较器，数字信号处理器DSP内还写入有谐波无功电流 检测程序、指令电流计算程序和电流跟踪程序，光伏组件PV和储能电容C连接在逆变器的直 流侧，逆变器交流侧通过滤波电感与电网连接，数字信号处理器DSP实时采样直流侧电容电 压与交流侧电网电压与电流。
[0005] 上述的一种含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法，包括W下步骤：
[0006] 1)在光照条件良好条件下，数字信号处理器DSP中的PI调节器根据储能电容C两端 的电压计算出并网电流Ipv，否则PI调节器不工作；
[0007] 2)数字信号处理器DSP进行电能质量测定，实时监测电网的谐波与无功分量，若谐 波无功分量不符合国家标准，则实时求出谐波无功分量的电流IC，否则不进行电流IC的计 算；
[000引3)指令电流的计算：当光照条件良好、谐波无功分量不符合国家标准时，将Ipv+Ic 作为指令电流；当光照条件良好、谐波无功分量符合国家标准时，将Ipv作为指令电流;当光 照条件较差，谐波无功分量不符合国家标准时，将Ic作为指令电流；
[0009] 4)将取指令电流与逆变器输出电流作差，得到误差电流矢量Ai，Ai的模值与预 先设定的双滞环的外环宽H1进行比较，若模值大于外环宽H1时，数字信号处理器DSP采用单 滞环控制，实现电流的跟踪控制；
[0010] 5)若模值在外环宽H1与内环宽H2之间，误差电流矢量Ai在滞环比较器作用下输 出Ka、Kb、K。，并根据Ka、Kb、K。判断误差电流矢量Δi所在区域，再根据指令参考电压U?行区 域检测;最后依据Ai所在区域和U作片在的区域选择合适的电压空间矢量Uk，从而实现电流 的跟踪巧制。
[0011]上述的一种含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法，指令参考电压11^区域 检测直接由误差电流相间矢量Δ iab、A ibc、A ica的正负极性来判定。
[0012]单一的滞环控制方法响应快、精度高、开关频率高，而单一的SVP歷控制方法响应 缓慢、精度低、开关频率低。指令电流Ipv与Ic的幅值及频率相差较大，采用单一的控制方法 难W达到响应迅速、精度高，开关频率低的目的。本发明采用双滞环SVPWM，当误差电流较大 时，采用单一滞环控制，迅速减小误差;误差电流较小时，采用滞环SVPWM控制，实时检测误 差电流与参考电压矢量的空间区域，在保证控制精度的同时，输出电压矢量切换过程中只 改变逆变器一组桥臂的信号，降低了开关频率。
【附图说明】
[0013] 图1为含电能质量处理的光伏并网逆变器整体图。
[0014] 图2为逆变器等值电路。
[0015] 图3为含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法的工作流程图。
[0016] 图4为双滞环SVPWM控制流程。
[0017] 图5为双滞环SVPWM控制原理图。
[001引图6为误差电流矢量Δ?的区域划分图。
[0019] 图7为误差电流矢量Δ i所在区域判定表图。
[0020] 图8为参考电压矢量U*的区域划分图。
[0021 ]图9为参考电压矢量U*所在区域判定表图。
[0022] 图10为电压空间矢量址的选择方法图。
[0023] 图11为电压空间矢量址的选择表图。
【具体实施方式】
[0024] -种含电能质量处理的光伏并网逆变器，包括光伏组件PV、储能电容C、逆变器和 数字信号处理器DSP，该数字信号处理器DSP内部包括PI调节器、锁相环模块化L和滞环比较 器，数字信号处理器DSP内还写入有谐波无功电流检测程序、指令电流计算程序和电流跟踪 程序，光伏组件PV和储能电容C连接在逆变器的直流侧，逆变器交流侧通过滤波电感与电网 连接，数字信号处理器DSP实时采样直流侧电容电压与交流侧电网电压与电流。
[0025] -种含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法，包括W下步骤：
[0026] 1)在光照条件良好条件下，数字信号处理器DSP中的PI调节器根据储能电容C两端 的电压计算出并网电流Ipv，否则PI调节器不工作；
[0027] 2)数字信号处理器DSP进行电能质量测定，实时监测电网的谐波与无功分量，若谐 波无功分量不符合国家标准，则实时求出谐波无功分量的电流IC，否则不进行电流IC的计 算；
[0028] 3)指令电流的计算：当光照条件良好、谐波无功分量不符合国家标准时，将Ipv+Ic 作为指令电流；当光照条件良好、谐波无功分量符合国家标准时，将Ipv作为指令电流;当光 照条件较差，谐波无功分量不符合国家标准时，将Ic作为指令电流；
[0029] 4)将指令电流与逆变器输出电流作差，得到误差电流矢量Ai，Ai的模值与预先 设定的双滞环的外环宽HI进行比较，若模值大于外环宽HI时，数字信号处理器DSP采用单滞 环控制产生PWM信号，实现电流的跟踪控制；
[0030] 5)若模值在外环宽H1与内环宽H2之间，误差电流矢量Ai在滞环比较器作用下输 出Ka、Kb、K。，并根据Ka、Kb、K。判断误差电流矢量Δi所在区域，再根据指令参考电压U嘴行区 域检测;最后依据Ai所在区域和U作片在的区域选择合适的电压空间矢量Uk，产生PWM信号， 从而实现电流的跟踪巧制；
[0031] (6)若模值小于内环宽肥，则保持原PWM信号不变。
[0032] 对图2进行矢量表示如公式1:
[0033]
[0034] 指令电流矢量i*减去实际逆变器输出的电流矢量ic即可得出误差值Δ i
[0035] Α?=.Γ.._ 与. （2.)
[0036] 在此电阻R取理想值0,结合式（1)可得
[0037]
[0038] 式(3)中括号内的项即为参考电压矢量，用U*表示
[0042] 滞环SVP歷控制法的原理如图5所示。根据公式5可知，在误差电流矢量Δ?与参考 电压矢量U叩勺区域确定之后，可通过选择合适的电压矢量Uk实现电流跟踪控制。
[0043] 通过滞环比较器对指令电流与实际输出电流二者的误差电流矢量Ai进行控制， 根据输出的1(3、阮、1(。判断么1所在的区域；另一方面对指令参考电压11嘴行区域检测；最后 依据一定的控制规则选择合适的电压空间矢量Uk，从而实现电流的跟踪控制。
[0044] Ai所在的区域划分如图6所示，共分为六个区域，①、②、③、④、⑤、⑥。在不同情 况下，Ai所在的区域由图7可W得出。
[0045] 指令参考电压U*的区域划分如图8所示，共分为六个区域，Ι、Π 、虹、IV、V、VI。在 区域计算过程中设及到各相电网电压的采样及对指令电流的求导过程，运将导致硬件及软 件计算变得过于复杂;又因为谐波电流复杂多变，求导运算会出现较大的误差。在此采用一 种改进的区域检测算法，直接由误差电流相间矢量Δ iab、A ibc、A ica的正负极性来判定指 令参考电压矢量U呼片在区域，具体选择如图9所示。
[0046] 在误差电流矢量Δi与参考电压矢量u^各自所在区域确定之后，即可选择最优的 电压空间矢量Uk，选择范例如图10所示，不同情况下的选择方法如图11所示。
[0047] 根据选择的电压空间矢量uk即可控制逆变电路中开关器件IGBT的通断，达到电流 跟踪控制的目的。
【主权项】
1. 一种含电能质量处理的光伏并网逆变器，其特征在于包括光伏组件PV、储能电容c、 逆变器和数字信号处理器DSP，该数字信号处理器DSP内部包括PI调节器、锁相环模块PLL和 滞环比较器，数字信号处理器DSP内还写入有谐波无功电流检测程序、指令电流计算程序和 电流跟踪程序，光伏组件PV和储能电容C连接在逆变器的直流侧，逆变器交流侧通过滤波电 感与电网连接，数字信号处理器DSP的直流侧和储能电容C连接，数字信号处理器DSP的交流 侧和电网连接。2. 如权利要求1所述的一种含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法，其特征在 于包括以下步骤： 1) 在光照条件良好条件下，数字信号处理器DSP中的PI调节器根据储能电容C两端的电 压计算出并网电流Ipv，否则PI调节器不工作； 2) 数字信号处理器DSP进行电能质量测定，实时监测电网的谐波与无功分量，若谐波无 功分量不符合国家标准，则实时求出谐波无功分量的电流Ic，否则不进行电流Ic的计算； 3) 指令电流的计算：当光照条件良好、谐波无功分量不符合国家标准时，将Ipv+Ic作为 指令电流;当光照条件良好、谐波无功分量符合国家标准时，将Ipv作为指令电流；当光照条 件较差，谐波无功分量不符合国家标准时，将Ic作为指令电流； 4) 将取指令电流与逆变器输出电流作差，得到误差电流矢量Ai，Ai的模值与预先设 定的双滞环的外环宽H1进行比较，若模值大于外环宽H1时，数字信号处理器DSP采用单滞环 控制，实现电流的跟踪控制； 5) 若模值在外环宽H1与内环宽H2之间，误差电流矢量Ai在滞环比较器作用下输出 并根据判断误差电流矢量Ai所在区域，再根据指令参考电压/进行 区域检测;最后依据Ai所在区域和$所在的区域选择合适的电压空间矢量从而实现 电流的跟踪控制。3. 如权利要求2所述的一种含电能质量处理的光伏并网逆变器的控制方法，其特征在 于指令参考电压W区域检测直接由误差电流相间矢量的正负极性来判定。
【文档编号】H02M7/5387GK106058931SQ201610541273
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】李岚, 王维, 杨建廷, 贺惟明, 牛浩明
【申请人】太原理工大学