一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法

本发明涉及光伏逆变器领域，具体涉及单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法。

背景技术：

1、近年来，光伏发电技术得到了迅速的发展。最初为了尽可能的提高系统对太阳能的利用率，克服外界环境的影响，光伏电站的主要控制目标是获取最大功率，最大功率点跟踪(mppt)算法能够并实时保持系统工作在最大功率点。

2、随着光伏设备大规模接入电网，在发电高峰期间光伏发电系统会产生大量的峰值剩余电能，电网无法消纳将会导致电网电压升高和设备过载，危害电网和设备安全。光伏发电厂被要求具有向电网注入恒定功率的额外功能。

3、现有的光伏发电系统中的灵活功率点跟踪(fppt)算法仍存在输出功率稳定性较差、波动大的问题。集成储能系统又增加了额外的安装、操作和维护成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法。该控制方法具有mppt控制模式和限制功率控制模式两种工作模式，光伏逆变器能够根据限制的功率限制输出合适的功率。该控制方法采用一阶线性自抗扰控制器取代常用的pi误差反馈控制，不仅提高了系统的响应速度，还提高了系统的抗扰能力。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，包括：

4、最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块，限制功率有功电流参考值idref*计算模块，工作模式判断模块，自抗扰电流控制模块和调制信号产生模块共五个模块；最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块和限制功率有功电流参考值idref*计算模块的输出信号idmppt*和idref*，作为工作模式判断模块的输入信号；工作模式判断模块的输出信号有功电流参考值id*，和实际有功电流值id作为自抗扰电流控制模块的输入信号；自抗扰电流控制模块的输出信号电压调制波作为调制信号产生模块的输入信号；调制信号产生模块的输出信号作为单级式光伏逆变器开关器件的控制信号。

5、根据本发明所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法还可以具有以下附加技术特征：

6、进一步地，根据光伏发电单元的电压电流信号，利用最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块得到idmppt*；根据限制限制光伏输出功率，利用限制功率有功电流参考值idref*计算模块得到idref*；比较与所述最大功率有功电流参考值和限制功率有功电流参考值，通过工作模式判断模块，确定电流参考值id*；根据所述电流参考值与实际电流值，通过自抗扰电流控制模块得到电压调制波；根据所述电压调制波，通过调制信号产生模块获得开关器件的控制信号。

7、进一步地，所述最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块利用光伏发电单元所获取的实际电压电流值，基于扰动观察法计算得到idmppt*。

8、进一步地，所述限制功率有功电流参考值idref*计算模块利用abc/dq坐标变换后的有功电压值ud和限制有功功率pref限制计算得到idref*。无功功率参考值为0，则限制功率有功电流参考值idref*计算公式为：

9、

10、进一步地，所述的工作模式，包括mppt控制模式和限制功率控制模式。对于所述mppt控制模式,采用最大功率有功电流参考值idmppt*作为自抗扰电流控制模块的输入信号,即id*＝idmppt*。对于所述限制功率控制模式,采用限制功率有功电流参考值idref*作为自抗扰电流控制模块的输入信号。

11、进一步地，所述工作模式判断模块通过比较所述限制功率有功电流参考值idref*和最大功率有功电流参考值idmppt*的大小，确定工作模式。若idmppt*<idref*,工作模式确定为限制功率控制模式，即id*＝idref*。若idmppt*>idref*,工作模式确定为mppt控制模式，即id*＝idmppt*。

12、进一步地，所述自抗扰电流控制模块利用一阶线性自抗扰控制器进行控制。所述一阶线性自抗扰控制器，包含两个输入信号，分别是参考值r和反馈量y，还包含一个输出信号u；并通过观测器估计系统的总扰动。

13、进一步地，所述观测器的数学表达式为：

14、

15、式中，β1、β2为扩张状态观测器参数，z1为系统输出y的估计值，z2为系统总扰动f的估计值。

16、进一步地，总扰动补偿量补偿到比例误差反馈控制环中，经过控制量增益后得到一阶线性自抗扰的控制律为：

17、

18、式中，k为误差反馈增益，b0是系统整体增益的估计值。

19、进一步地，对于自抗扰电流控制器d轴电流控制r＝id*，y＝id,u＝udm。对于自抗扰电流控制器q轴电流控制r＝iq*＝0，y＝iq,u＝uqm。

20、进一步地，所述的调制信号产生模块，其特征在于，包括输入信号电压调制波udm和uqm，经过dq/abc坐标变换后，与载波通过pwm调制得到开关器件的控制信号。

21、本公开还包括一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制装置，包括：

22、最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块，最大功率有功电流参考值idmppt*作为该计算模块输出信号；

23、限制功率有功电流参考值idref*计算模块，限制功率有功电流参考值idref*作为该计算模块输出信号；

24、工作模式判断模块，将所述idmppt*和idref*作为工作模式判断模块的输入信号，所述工作模式判断模块的输出信号有功电流参考值id*，和实际有功电流值id作为自抗扰电流控制模块的输入信号；

25、自抗扰电流控制模块，所述自抗扰电流控制模块的输出信号电压调制波作为调制信号产生模块的输入信号；

26、以及调制信号产生模块，所述调制信号产生模块的输出信号作为单级式光伏逆变器开关器件的控制信号。

27、本发明的有益效果：

28、本发明针对目前大规模光伏接入及下峰值剩余电力电网消纳问题，提出了一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法。该控制方法无需额外增加设备，不仅能兼顾偏差与动态响应，能实现快速精准有功控制，而且能对光伏输出功率实现灵活限制。

技术特征：

1.一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，所述最大功率有功电流参考值idmppt*计算模块利用光伏发电单元所获取的实际电压电流值，基于扰动观察法计算得到idmppt*。

3.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法限制，其特征在于，所述限制功率有功电流参考值idref*计算模块利用abc/dq坐标变换后的有功电压值ud和限制有功功率pref限制计算得到idref*；无功功率参考值为0，则限制功率有功电流参考值idref*计算公式为：

4.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，所述工作模式判断模块包括mppt控制模式和限制功率控制模式，对于所述mppt控制模式,采用最大功率有功电流参考值idmppt*作为自抗扰电流控制模块的输入信号,即id*＝idmppt*；对于所述限制功率控制模式,采用限制功率有功电流参考值idref*作为自抗扰电流控制模块的输入信号。

5.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，所述工作模式判断模块比较所述限制功率有功电流参考值idref*和最大功率有功电流参考值idmppt*的大小；若idmppt*<idref*,工作模式确定为限制功率控制模式，即id*＝idref*。若idmppt*>idref*,工作模式确定为mppt控制模式，即id*＝idmppt*。

6.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，所述自抗扰电流控制模块利用一阶线性自抗扰控制器进行控制；所述一阶线性自抗扰控制器，包含两个输入信号，分别是参考值r和反馈量y，还包含一个输出信号u；并通过观测器估计系统的总扰动；

7.根据权利要求1所述的一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，其特征在于，所述调制信号产生模块包括输入信号电压调制波udm和uqm，经过dq/abc坐标变换后，与载波通过pwm调制得到开关器件的控制信号。

8.一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种单级式光伏逆变器的自抗扰限功率控制方法，该方法包括：最大功率有功电流参考值i<subgt;dmppt</subgt;*计算模块，限制功率有功电流参考值i<subgt;dref</subgt;*计算模块，工作模式判断模块，自抗扰电流控制模块和调制信号产生模块共五个模块；最大功率有功电流参考值i<subgt;dmppt</subgt;*计算模块和限制功率有功电流参考值i<subgt;dref</subgt;*计算模块的输出信号i<subgt;dmppt</subgt;*和i<subgt;dref</subgt;*，作为工作模式判断模块的输入信号；工作模式判断模块的输出信号有功电流参考值i<subgt;d</subgt;*，和实际有功电流值i<subgt;d</subgt;作为自抗扰电流控制模块的输入信号；自抗扰电流控制模块的输出信号作为调制信号产生模块的输入信号；调制信号产生模块的输出信号作为单级式光伏逆变器开关器件的控制信号。本发明兼顾偏差与动态响应，能够实现对光伏输出功率的灵活限制。

技术研发人员：王建华,郭逸芸
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15