专利名称：光伏并网逆变器复合控制方法
技术领域：
本发明涉及ー种光伏并网逆变器。
背景技术：
随着社会的发展和技术的进步，能源问题已日益突出。煤、石油等非可再生能源的大量使用，不仅无法满足可持续发展的目标，而且会对环境造成巨大的污染。以太阳能、风能、潮汐能等为代表的可再生能源，已成为未来发展新能源的重要方向。其中，太阳能光伏发电以其环保、高效、易于大規模利用等特点，受到了各国能源专家的高度重视。
作为产业化发展的重要组成部分，光伏并网发电系统得到了快速发展。并网逆变器作为发电系统与市电网络的接ロ，承担着传递和转换电能、提高输出电能质量的重要作用。因而，其控制技术也日渐成为各国研发人员关注的焦点。然而，传统的基于电压电流双闭环PI控制的逆变器控制方法虽然能够在一定程度上满足系统对控制性能的要求，但是由于电网扰动及开关器件非理想因素的影响，逆变器输出电流总谐波畸变(THD)较大、波形质量变差。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供光伏并网逆变器复合控制方法，以达到优化逆变器输出电波、保证系统动态性能的目的。为此，本发明采取以下技术方案。光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于它包括以下步骤I)检测直流母线电压和逆变器输出三相电流；2)根据直流母线电压计算d轴电Xkpv + &),式中i*d为d轴电流
參考值，u*dc、Udc分别为直流母线电压參考值和实测值；kpv、kiv分别为电压调节器比例系数和积分系数；3)将逆变器输出的三相电流做三相旋转变换得到d轴和q轴的电流实测值；4) d轴和q轴的电流实测值与d轴和q轴的电流參考值作差，得到电流差值；5)PI控制模块、谐振控制模块、重复控制模块根据电流差值分别计算得到PI控制电压补偿值、用于抑制谐波的谐振控制电压补偿值、用于抑制重复性扰动的重复控制电压补偿值；6) PWM控制模块根据PI控制电压补偿值、谐振控制电压补偿值、重复控制电压补偿值三者的叠加结果生成PWM调制波以控制功率开关器件动作。采用PI控制、重复控制及谐振控制相结合的复合控制器，该控制器不仅能够实现对特定次谐波的抑制，还能够实现对光伏发电系统中所存在的周期性扰动的抑制；同时，借助重复控制器中的相位超前环节，可以补偿谐振控制器的相位滞后，保证系统的稳定性；此夕卜，通过合理选用重复控制器，可以实现系统动态性能的改善。
作为对上述技术方案的进ー步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。直流母线电压參考值为640V，q轴的电流參考值为零。逆变器主电路包括升压电路、三电平逆变电路、滤波电路。所述的升压电路包括滤波电容、电感、开关管、第一ニ极管及第ニニ极管，滤波电容的两端分别与输入源正、负极连接，所述的电感一端与正极连接，另一端与第一ニ极管的正极连接，开关管的源极与第一ニ极管正极相连，漏极与输入源负极连接，第二ニ极管的正极与开关管的漏极相连，其负极与开关管的源极相连，第一ニ极管的负极连接三电平逆变电路的输入端。所述的三电平逆变电路包括第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第三ニ极管、第四ニ极管，第一电容、第二电容串联后跨接在直流母线两端，三电平逆变电路包括三桥臂，每相桥臂设第一、第二、第三、第四开关管，四开关管依 次串联后跨接在直流母线两端，每ー开关管的源极和漏极之间并联一正极与漏极相连的ニ极管；每相桥臂均设有两串联的第三、第四ニ极管，第三ニ极管的负极与第一开关管的漏极相连，第四ニ极管的正极与第三开关管的漏极相连，每相桥臂中点引出相线形成A、B、C三相线，相线串联滤波电感后接入三相电网。PI控制模块、谐振控制模块、重复控制模块、PWM控制模块均设于ー控制器中，控制器根据检测输入源两端电压、输出电流，电网三相电压及逆变器输出三相电流，生成升压电路和三电平逆变电路的驱动脉冲分别送至开关管，同时判断逆变器是否存在故障以保证电路的正常工作。
K s谐振控制模块传递函数为 ⑷=L 2 η、，,式中，h为谐波阶次，
W,2,3..メ +(ηω0)
Kih为谐振増益，Qci为エ频角频率。重复控制模块传递函数为
「 . 二―棚 7 0.2789: + 0.1775R(Z) ニ--TST-^ -
1-0.95 ニ4w r- -0.8073z +0.2638有益效果本技术方案采用PI控制、重复控制及谐振控制相结合的复合控制器，该控制器不仅能够实现对特定次谐波的抑制，还能够实现对光伏发电系统中所存在的周期性扰动的抑制；同时，借助重复控制器中的相位超前环节，可以补偿谐振控制器的相位滞后，保证系统的稳定性；此外，通过合理选用重复控制器，可以实现系统动态性能的改善。
图I为三相三线制三电平光伏并网逆变器拓扑结构图。图2为逆变器单相等效电路图。图3为d轴电流双闭环控制程序流程图。图4为光伏电池并网发电电压电流波形。图5为逆变器输出电流震荡。图6为d轴电流复合控制控制程序流程图。图7为控制器优化前逆变器输出电流波形。图8为控制器优化后逆变器输出电流波形。
具体实施例方式以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进ー步的详细说明。如图I所示，逆变器主电路包括升压电路、三电平逆变电路、滤波电路。升压电路包括滤波电容cb、电感Lb、开关管Tb、第一ニ极管Db及第ニニ极管Dbtl,滤波电容Cb的两端分别与输入源正、负极连接，所述的电感Lb—端与正极连接，另一端与第一ニ极管Db的正极连接，开关管Tb的源极与第一ニ极管Db正极相连，漏极与输入源负极连接，第二ニ极管Dm的正极与开关管Tb的漏极相连，其负极与开关管Tb的源极相连，第一ニ极管Db的负极连接三电平逆变电路的输入端。三电平逆变电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一开关管S1、第ニ开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第三ニ极管D5、第四ニ极管D6，第一电容C1、第二电容C2串联后跨接在直流母线两端，三电平逆变电路包括三桥臂，每相桥臂设第一、第二、第三、第四开关管S1. S2、S3、S4,四开关管依次串联后跨接在直流母线两端，每ー开关管的源极和漏极之间并联一正极与漏极相连的ニ极管；每相桥臂均设有两串联的第三、第四ニ极管D1, D6，第三ニ极管D5的负极与第一开关管S1的漏极相连，第四ニ极管D6的正极与第三开关管S3的漏极相连，每相桥臂中点引出相线形成A、B、C三相线，相线串联滤波电感后接 入三相电网。图I中，假设uabe、iabc;、eab。分别为逆变器输出相电压、相电流以及电网相电压;L为滤波电感，R为滤波电感与线路等效电阻之和。逆变器单相等效电路如图2所示，设电流方向为从逆变器流入电网为正方向，根据基尔霍夫电路理论，可得三相并网逆变器在两相旋转坐标系dq下的控制方程为
权利要求
1.光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于它包括以下步骤1)检测直流母线电压和逆变器输出三相电流；2)根据直流母线电压计算d轴电流參考值，ζニ (Uc-UdcXkp + 1^-)，式中rd为d轴电流參考值，u*dc、Udc分别为直流母线电压參考值和实测值；kpv、kiv分别为电压调节器比例系数和积分系数；3)将逆变器输出的三相电流做三相旋转变换得到d轴和q轴的电流实测值；4)d轴和q轴的电流实测值与d轴和q轴的电流參考值作差，得到电流差值；5)PI控制模块、谐振控制模块、重复控制模块根据电流差值分别计算得到PI控制电压补偿值、用于抑制特定次谐波的谐振控制电压补偿值、用于抑制重复性扰动的重复控制电压补偿值；6)PWM控制模块根据PI控制电压补偿值、谐振控制电压补偿值、重复控制电压补偿值三者的叠加结果生成PWM调制波以控制功率开关器件动作。
2.根据权利要求I所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于直流母线电压參考值为640V，q轴的电流參考值为零。
3.根据权利要求I所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于逆变器主电路包括升压电路、三电平逆变电路、滤波电路。
4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于所述的升压电路包括滤波电容(Cb)、电感(Lb)、开关管(Tb)、第一ニ极管(Db)及第ニニ极管(Dbtl),滤波电容(Cb)的两端分别与输入源正、负极连接，所述的电感(Lb) —端与正极连接，另一端与第一二极管(Db)的正极连接，开关管(Tb)的源极与第一ニ极管(Db)正极相连，漏极与输入源负极连接，第二ニ极管(Dm)的正极与开关管(Tb)的漏极相连，其负极与开关管(Tb)的源极相连，第一ニ极管(Db)的负极连接三电平逆变电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于所述的三电平逆变电路包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第三开关管(S3)、第四开关管(S4)、第三ニ极管(D5)、第四ニ极管(D6),第一电容(C1),第二电容(C2)串联后跨接在直流母线两端，三电平逆变电路包括三桥臂，每相桥臂设第一、第二、第三、第四开关管(S1. S2, S3、S4)，四开关管依次串联后跨接在直流母线两端，每ー开关管的源极和漏极之间并联一正极与漏极相连的ニ极管；每相桥臂均设有两串联的第三、第四ニ极管(DpD6),第三ニ极管(D5)的负极与第一开关管(S1)的漏极相连，第四ニ极管(D6)的正极与第三开关管(S3)的漏极相连，每相桥臂中点引出相线形成A、B、C三相线，相线串联滤波电感后接入三相电网。
6.根据权利要求I所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于PI控制模块、谐振控制模块、重复控制模块、PWM控制模块均设于ー控制器中，控制器根据检测输入源两端电压、输出电流，电网三相电压及逆变器输出三相电流，生成升压电路和三电平逆变电路的驱动脉冲分别送至开关管，同时判断逆变器是否存在故障以保证电路的正常工作。
7.根据权利要求I所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于谐振控制模块K· V传递函数为メ2-, ~~n~，式中，h为谐波阶次，Kih为谐振增益，COtl为エ频角频率。
8.根据权利要求I所述的光伏并网逆变器复合控制方法，其特征在于重复控制模块传递函数为
全文摘要
光伏并网逆变器复合控制方法，涉及一种光伏并网逆变器。传统逆变器控制方法，逆变器输出电流总谐波畸变较大、波形质量差。本发明特征在于它包括以下步骤检测直流母线电压和逆变器输出三相电流；根据直流母线电压计算d轴电流参考值；将逆变器输出的三相电流做变换得到d轴和q轴的电流实测值；得到电流差值；PI控制模块、谐振控制模块、重复控制模块根据电流差值分别计算得到PI控制电压补偿值、谐振控制电压补偿值、重复控制电压补偿值；PWM控制模块根据PI控制电压补偿值、谐振控制电压补偿值、重复控制电压补偿值三者的叠加结果生成PWM调制波。本技术方案抑制特定次谐波、周期性扰动，保证系统的稳定性，改善系统动态性能。
文档编号H02J3/38GK102832840SQ201210292508
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者卞松江, 张国月 申请人:卧龙电气集团股份有限公司, 卧龙电气集团杭州研究院有限公司