单相两级光伏并网系统的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制方法，具体地，涉及一种单相两级光伏并网系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]光伏阵列产生的电能为直流电，要并入电网必须通过逆变器实现。光伏阵列输出的直流电可以直接接入逆变器，即所谓的单级控制。单级控制通常在有工频变压器或有较多光伏阵列串并联时可以采用，控制方法较为复杂。而对于一般的光伏阵列而言，可采取两级型控制，即先通过DC/DC电路，后再接入逆变器，控制可大为简化。两级光伏并网系统的正常运行应该至少满足以下两个条件:(I)保持光伏阵列输出最大功率；(2)保证并网电流与并网电压同频同相。
[0003]一般的两级型光伏并网系统控制常常存在最大功率点跟踪不准确，或逆变控制单位功率因数效果不佳的问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种单相两级光伏并网系统的控制方法，其实现单相两级光伏并网系统良好的控制效果，不仅保证光伏阵列输出最大功率，也能保证逆变电路的单位因数控制。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0006]步骤一，当该系统正常运行时，前级监测器通过对光伏阵列输出电压和输出功率的监测，选择适当的采样频率进行采样，得到每个采样时刻的电压、功率值，传输至MPPT控制器进行运算处理；当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压采样值增加而功率也增加时，监测器输出的数据通过MPPT控制器产生相应的PWM信号驱动开关管，使得输出电压增加；同理，当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压值增加而功率采样值减小时，监测器输出的数据则通过MPPT控制器产生相应的PWM信号驱动开关管使得输出电压减小；这样，光伏阵列就可以保证时刻工作在最大功率点处；
[0007]步骤二，逆变电路的控制，后级监测器采集到的光伏阵列的输出功率和电网电压的数据传输至逆变控制器，通过相关计算产生参考电流的幅值，电网电压数据通过锁相环产生参考电流的相位信号，同样输入逆变控制器，相乘得到参考电流信号，实际的并网电流与参考电流通过比较器和滞环、PID环节产生相应的PWM控制逆变电路的开关管的通断，最终实现实际并网电流与电网电压同频同相。
[0008]优选地，所述步骤一采取干扰观测法实现最大功率点跟踪。
[0009]优选地，所述步骤二采用电压电流双闭环控制法。
[0010]优选地，所述步骤二实现逆变电流的单位功率因数控制。
[0011]优选地，所述逆变电路的PWM驱动信号由实际并网电流和参考电流比较之后通过滞环比较器及PID环节产生。
[0012]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:(1)对两级型光伏并网系统而言，前级与后级控制方法简单且相互独立，硬件要求不高，可以分别进行控制。(2)前级boost电路实现MPPT (Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)，采用干扰观测法进行控制，以一定频率比较每一时刻与上一时刻的电压功率采样值，根据计算结果产生该时刻的控制信号，计算简单，准确率高，在光照强度发生一定突变时也依然可以保证控制效果。
(3)后级逆变电路采用引入功率反馈的电压电流双闭环控制，根据反馈的数据计算参考电流后，与实际并网电流比较，结合滞环电流法，得到逆变电路的控制信号，实现单位因数控制，并网电流波形稳定，动态响应性能较好。(4)本发明的特点是前级与后级控制方法简单且相互独立，对硬件要求不高，且计算量小，准确率高。
【附图说明】
[0013]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0014]图1为本发明应用在单相两级光伏并网系统中的整体结构图；
[0015]图2为本发明的MPPT控制原理框图；
[0016]图3为本发明的逆变电路控制原理框图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0018]如图1所示，本发明单相两级光伏并网系统的控制方法包括以下步骤:
[0019]步骤一，当该系统正常运行时，前级监测器通过对光伏阵列输出电压和输出功率的监测，选择适当的采样频率进行采样，得到每个采样时刻的电压、功率值，传输至MPPT控制器进行运算处理；当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压采样值增加而功率也增加时，监测器输出的数据通过MPPT控制器产生相应的PWM(Pulse Width Modulat1n，脉冲宽度调制)信号驱动开关管，使得输出电压增加；同理，当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压值增加而功率采样值减小时，监测器输出的数据则通过MPPT控制器产生相应的PWM信号驱动开关管使得输出电压减小；这样，光伏阵列就可以保证时刻工作在最大功率点处；
[0020]具体来说，前级boost电路采取干扰观测法实现MPPT。本发明采用干扰观测法实现光伏阵列的MPPT控制，其基本原理是假设某一时刻，对光伏阵列的输出电压施加一个很小的电压扰动，若输出功率增大，则电压须向扰动的方向变化；同理，若输出功率减小，则须调节输出电压向扰动的反方向变化。反复进行以上扰动过程，使电压一直朝功率增加的方向变化，光伏阵列就能一直保持在最大功率点附近工作。设某一时刻采样电压与上一时刻电压差值为AUk，此时刻采样功率与上一时刻功率差值为APk，那么若AUk>0且APk> 0，则 Δ Uk+1> O ;若 Λ U k> O 且 Λ P k< 0，则 Δ U k+1< O ;若 Λ U k< 0 且 Λ P k> 0，则AUk+1< 0 ;若 AUk< 0 且 APk< 0，则 AUk+1> 0。综上，若 AUkAPk> 0，则 AUk+1> O ；若AUkAPk<0，则AUk+1<0。因此，实际应用时只需检测系统在干扰下的电压和功率的变化量，根据计算结果判断下一时刻电压变化的方向，产生相应的功率管控制信号，其控制框图如图2所示。可见，采取这种方法，不仅可以自寻优达到最大功率，而且计算简单方便，在恒定温度和光照强度均匀的条件下有较好的使用效果，精度很高。同时，在光照强度发生一定突变时，该方法也能保证良好的控制效果。
[0021]步骤二，逆变电路的控制，后级监测器采集到的光伏阵列的输出功率和电网电压的数据传输至逆变控制器，通过相关计算产生参考电流的幅值，电网电压数据通过锁相环产生参考电流的相位信号，同样输入逆变控制器，相乘得到参考电流信号，实际的并网电流与参考电流通过比较器和滞环、PID环节产生相应的PWM控制逆变电路的开关管的通断，最终实现实际并网电流与电网电压同频同相。
[0022]具体来说，后级逆变控制的控制采用电压电流双闭环控制法，并引入了功率反馈环节，结合滞环电流法产生逆变电路的控制信号，使控制更加快速精确，其框图如图3所示，其控制目标是向电网注入稳定、高品质的正弦波交变电流，并与电网电压同频、同相位，以保证输入功率因数为I。逆变电路的PWM驱动信号由实际并网电流和参考电流比较之后通过滞环比较器及PID (Proport1n-1ntegral-Differential，比例-积分-微分)环节产生。逆变电路的输入功率本质上是通过光伏阵列产生的，若忽略电能转换过程中少量的能量损耗，输入电网的功率应等于光伏阵列产生的最大功率，所以在电流滞环环节中，输入的参考电流幅值应由电网电压和光伏阵列的最大功率决定，结果更加稳定、准确。参考电流的相位要与电网电压相同，则必须借助锁相环电路来实现。这样，实际系统就构成了包含功率反馈的电网电压与电网电流的双闭环控制结构，并网电流波形稳定，并具有良好的动态性會K。
[0023]本发明在前级boost电路中实现MPPT控制，在后级逆变电路中实现逆变电流的单位功率因数控制，之后通过滤波电路并入单相电网。
[0024]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，当该系统正常运行时，前级监测器通过对光伏阵列输出电压和输出功率的监测，选择适当的采样频率进行采样，得到每个采样时刻的电压、功率值，传输至MPPT控制器进行运算处理；当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压采样值增加而功率也增加时，监测器输出的数据通过MPPT控制器产生相应的PWM信号驱动开关管，使得输出电压增加；同理，当此时刻的电压采样值较上一时刻的电压值增加而功率采样值减小时，监测器输出的数据则通过MPPT控制器产生相应的PWM信号驱动开关管使得输出电压减小；这样，光伏阵列就可以保证时刻工作在最大功率点处； 步骤二，逆变电路的控制，后级监测器采集到的光伏阵列的输出功率和电网电压的数据传输至逆变控制器，通过相关计算产生参考电流的幅值，电网电压数据通过锁相环产生参考电流的相位信号，同样输入逆变控制器，相乘得到参考电流信号，实际的并网电流与参考电流通过比较器和滞环、PID环节产生相应的PWM控制逆变电路的开关管的通断，最终实现实际并网电流与电网电压同频同相。
2.根据权利要求1所述的单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤一采取干扰观测法实现最大功率点跟踪。
3.根据权利要求1所述的单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二采用电压电流双闭环控制法。
4.根据权利要求1所述的单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二实现逆变电流的单位功率因数控制。
5.根据权利要求1所述的单相两级光伏并网系统的控制方法，其特征在于，所述逆变电路的PWM驱动信号由实际并网电流和参考电流比较之后通过滞环比较器及PID环节产生。
【专利摘要】本发明提供了一种单相两级光伏并网系统的控制方法，包括以下步骤：当该系统正常运行时，前级监测器通过对光伏阵列输出电压和输出功率的监测，选择适当的采样频率进行采样，得到每个采样时刻的电压、功率值，传输至MPPT控制器进行运算处理；逆变电路的控制，后级监测器采集到的光伏阵列的输出功率和电网电压的数据传输至逆变控制器，电网电压数据通过锁相环产生参考电流的相位信号，同样输入逆变控制器，相乘得到参考电流信号，实际的并网电流与参考电流通过比较器和滞环、PID环节产生相应的PWM控制逆变电路的开关管的通断。本发明实现单相两级光伏并网系统良好的控制效果，不仅保证光伏阵列输出最大功率，也能保证逆变电路的单位因数控制。
【IPC分类】H02J3-38
【公开号】CN104682426
【申请号】CN201410727803
【发明人】徐晓灼, 王志新
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月3日