专利名称：一种抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法
技术领域：
本发明属于光伏并网逆变器技术领域，更为具体地讲，涉及ー种抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法。
背景技术：
目前太阳能光伏并网发电系统已经被全世界许多国家所关注，光伏并网逆变器作为光伏并网发电的关键部分也得到了很大的发展。图I是单相两级式光伏并网发电系统原理框图。通常情况下，如图I所示，単相两级式光伏并网发电系统是由太阳能电池板阵列以及光伏并网逆变器组成。其中，光伏并网逆变器又包括BOOST电路及最大功率点跟踪模块、直流母线电路、全桥逆变电路和控制电路几个部分。其主电路原理如图2所示，其功能是将太阳能转化为电能并将能量输送给电网。太阳能电池板阵列的功能就是将太阳能转化为电能，其输出功率随负载变化而变化，存在ー个最大功率输出点(MPP)。最大功率跟踪(MPPT)模块与太阳能电池板阵列直接相连，其作用就是调节太阳能电池板的工作状态，使太阳能电池板阵列工作在最大功率点； 直流母线电路为母线电容构成，母线电容作为缓冲电容，储存能量，分隔开MPPT模块和全桥逆变电路；全桥逆变电路将太阳能电池板阵列输出的直流电逆变为50Hz的交流电，然后输送到电网上；控制电路是整个光伏并网发电系统稳定工作的关键，最大功率跟踪的实现、 母线电压的平衡控制、全桥逆变电路电流的跟踪控制都要依靠控制电路来实现。光伏并网逆变器的输出电压、电流均为50HZ正弦波，且相位相同，因此其输出功率将按照IOOHz波动，而太阳能电池板阵列输出，光伏并网逆变器的输入近似为ー个直流源，这样势必需要储能装置进行能量的存储和释放，虽然母线电容能够储存能量作为输入输出缓冲，但是仍无法完全消除输入能量波动。这样将使太阳能电池板阵列无法始終工作在最大功率点，而是在最大功率点附近波动，影响太阳能电池板阵列的使用率，降低整个光伏并网发电系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供ー种抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法，以提高直流电流的跟踪精度，减小输入功率在最大功率点的波动造成的功率损耗，最终提闻太阳能光伏并网发电系统的效率。为实现上述发明目的，本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法， 其特征在于，包括以下步骤(I)、根据太阳能电池板阵列电流及输出功率的关系来得到期望电流しref，期望电流しref得到的频率低于或等于ー个电网电压周期50Hz，并在ー个电网电压周期内保持不变；基础占空比D在ー个电网电压周期維持不变；
(2)、在电网电压过零点后的第一个采样中断中，以期望电流I_ref和实际采样的直流电流I两者之差作为第一 PI控制器的输入，得到在一个电网电压周期内的基础占空比 D，该基础占空比D控制BOOST电路，输出相应的直流电流I ;(3)、在一个电网电压周期内对以IOOHz频率波动的直流电流的多个相位点上进行分点PI控制在得到基础占空比D后的采样中断中，第二 PI控制器开始起作用，将期望电流I_ref和实际采样的直流电流I两者之差作为第二 PI控制器的输入，得到相位点上的微调占空比AD ；将基础占空比D和相位点微调占空比AD相加后，得到占空比D+AD，去控制 BOOST电路，输出相应的直流电流I，其中，分点控制的频率高于电网电压频率。本发明的目的是这样实现的本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法，在现有的第一控制器得到基础占空比D的基础上，加入了一个分点PI控制，即第二 PI控制器，得到一个电网电压周期的相位点上的微调占空比Λ D，并叠加在第一 PI控制器上。第一 PI控制器的作用是用来进行最大功率跟踪，控制频率不宜过快，这样跟踪到的最大功率因为直流电流在一个小范围的波动，将会使得跟踪到的最大功率产生波动，这时就需要靠加入的高控制频率的，即第二 PI控制器的PI控制来进行抑制。由于第一 PI控制器的作用，已使得实际输出的直流电流I大体跟踪到期望电流I_ref，然后第二 PI控制器开始起作用，使得在一个波动周期内各相位点的占空比D+ Λ D在基础占空比D上小范围变化，抑制直流电流I的波动，使其在可以接受的波动范围内。
图I
图2
图3
图4
图5
图6式的控制框图
图7趋势图8波形图。
是单相两级式光伏并网发电系统原理框是图I所示单相两级式光伏并网发电系统的电原理是太阳能电池板阵列输出U-I和U-P特性曲线；
是现有技术的最大功率跟踪的控制框是现有技术的最大功率跟踪的直流电流波形是本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法一种具体实施方
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是本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法直流电流的控制是本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法下实际直流电流
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图3是太阳能电池板阵列输出U-I和U-P特性曲线。如图3所示，太阳能电池板阵列的伏安特性曲线具有强烈的非线性性质，且输出功率随输出电压变化呈近似抛物线，存在ー个最大功率点Pm。光伏并网逆变器常采用功率扰动法对光伏电池板进行最大功率跟踪，实际就是通过对太阳能电池板阵列输出的直流电压或电流的控制来实现太阳能电池板阵列功率点的移动，跟踪到最大功率点，并在最大功率点工作，太阳能电池板阵列的使用率最高。由图3可知在一定光照和温度条件下，理论上最大功率点应该稳定在Pm，如背景技术中所述，由于光伏并网逆变器输出功率的波动，造成最大功率点会在功率点Pl和P2之间波动，此时，最大功率点对应的输出电流Im会在Il和12之间波动，而最大功率点对应的太阳能电池板阵列电压Vm会在Vl和V2之间波动，可见要想消除最大功率点波动问题，通过将直流电流稳定在Im或者将直流电压稳定在Vm。在本发明中，采用对太阳能电池板阵列输出直流电流I进行控制以达到抑制最大功率点波动，这是因为最大功率点处直流电压比直流电流基准大得多，即Vm >> Im,当功率在小范围波动时，直流电压和直流电流也在小范围波动，由于采样精度等因素的影响，此时直流电压变化程度将比直流电流变化程度小得多，即AU/Um << A I/Im，为了有效控制以及不出现误判，本发明采用稳定直流电流的方法来达到抑制最大功率点波动的目的。图4、5分别是现有技术的最大功率跟踪的控制框图和直流电流波形图。如图4、5所示，I_ref为期望电流，通过最大功率算法模块获得，即根据太阳能电池板阵列电流及输出功率的关系来得到期望电流しref。I为实际的直流电流，通过采样获得。PI控制环控制频率为50Hz。由上图4可知，当直流电流出现上图5所示的波动时，必将导致对最大功率点的判断出现误差，所以不能准确的跟踪太阳能电池板的最大功率点。根据波形可见实际直流电流I波动是规则的，波动频率是100Hz，并且前半周期的值比期望电流值小，后半周期的值比期望电流值大，所以只要实际直流电流偏高的时刻减小电流，在实际直流电流偏小的时刻増大直流电流就可抑制直流电流I的波动。图6是本发明抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法ー种具体实施方式
的控制框图。在本实施例中，如图6所示，本发明是在现有技术的控制框图基础上，加入第二 PI 控制器PI2，即分点控制。对比可以发现，两者最大不同之处是，在本发明中，加入了ー个分点控制第二 PI控制器PI2，并叠加在原PI控制器，即第一 PI控制器PIl上，但这不是ー个简单的叠加，实际上，新加入的第二 PI控制器PI2和原PI控制器，即第一 PI控制器PIl不仅是在控制频率上有差异，其实现的功能和作用是不一样的。在本实施例中，采样频率为18KHz，第一 PI控制器PIl控制频率为50Hz，第二 PI 控制器PI2控制频率为9KHz。在得到基础占空比D后的第一采样中断以及间隔一次采样中断中，第二 PI控制器开始起作用，将期望电流I_ref和实际采样的直流电流I两者之差作为第二 PI控制器PI2的输入，得到相位点上的微调占空比AD。第一 PI控制器PIl作用是用来进行最大功率跟踪，最大功率跟踪采用扰动法来进行，也就是比较前后两次最大功率大小来改变给定的期望电流しref，而跟踪到给定期望电流しref是需要时间的，如果跟踪频率过快，用来判定期望电流しref增长方向的两次功率之间的差值将是不稳定的，这样将造成很多不必要的误判断，不仅大大降低了最大跟踪的效率，而且会在最大功率跟踪的过程中产生不必要的功率损失，降低了整体效率，所以第一
5PI控制器PIl的控制频率不宜过快。但这样，由前所述，这样跟踪到的最大功率点因为直流电流的一个小范围的波动，将会使得跟踪到的最大功率产生波动，这时就需要靠加入的高控制频率的第二 PI控制器PI2来进行抑制，具体如下第二 PI控制器PI2是最大功率跟踪得到的期望电流值和实际采样的直流电流I 之间的差值，结果第二 PI控制器PI2运算有一个变化的输出，第二 PI控制器PI2的输出公式为
权利要求
1.一种抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、根据太阳能电池板阵列电流及输出功率的关系来得到期望电流I_ref，期望电流 I_ref得到的频率低于或等于一个电网电压周期50Hz，并在一个电网电压周期内保持不变；(2)、在电网电压过零点后的第一个采样中断中，以期望电流I_ref和实际采样的直流电流I两者之差作为第一 PI控制器的输入，得到在一个电网电压周期内的基础占空比D，该基础占空比D控制BOOST电路，输出相应的直流电流I ;基础占空比D在一个电网电压周期维持不变；(3)、在一个电网电压周期内对以IOOHz频率波动的直流电流的多个相位点上进行分点PI控制在得到基础占空比D后的采样中断中，第二 PI控制器开始起作用，将期望电流 I_ref和实际采样的直流电流I两者之差作为第二 PI控制器的输入，得到相位点上的微调占空比AD ；将基础占空比D和相位点微调占空比Λ D相加后，得到占空比D+Λ D，去控制BOOST电路，输出相应的直流电流I，其中，分点控制的频率高于电网电压频率。
2.根据权利要求I所述的抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法，其特征在于，所述的采样中断的频率为18K，第二 PI控制器控制频率为9K，每隔一个采样中断，进行一次PI运算，即每4度进行一次PI控制，得到相位点上的微调占空比AD。
全文摘要
本发明公开了一种抑制光伏并网逆变器最大功率点波动的控制方法，在现有的第一控制器得到基础占空比D的基础上，加入了一个分点PI控制，得到一个电网电压周期的相位点上的微调占空比ΔD，并叠加在第一PI控制器上。第一PI控制器跟踪到的最大功率因为直流电流在一个小范围的波动，将会使得跟踪到的最大功率产生波动，这时需要第二PI控制器的PI控制来进行抑制。由于第一PI控制器的作用，已使得实际输出的直流电流I大体跟踪到期望电流I_ref，然后第二PI控制器开始起作用，使得在一个波动周期内各相位点的占空比D+ΔD在基础占空比D上小范围变化，抑制直流电流I的波动，使其在可以接受的波动范围内。
文档编号H02M1/42GK102611297SQ20121006694
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者李靖, 白利兵, 程玉华, 陈凯, 顾永德, 黄建国 申请人:深圳茂硕电源科技股份有限公司, 电子科技大学