输出端分别接入MPPT计算单元3、带通滤波器10和逆变器控制单元6 ;带通滤波器 10的输出端接入补偿单元4 ;MPPT计算单元3、补偿单元4的输出端分别接入加法器5的两 个输入端，加法器5的输出端通过驱动单元7接入Boost变换器；逆变器控制单元6的控制 输出端通过驱动单元7接入DC/AC变换器；所述辅助供电电路8的输出端分别接入驱动单 元7、AD采样电路2、数字处理控制模块、显示单元9的电源输入端；所述显示单元9与数字 处理控制模块的通信端相连接。所述数字处理控制模块为DSP芯片TMS320F28335,所述显 示单元9为IXD显示屏。
[0076] 本发明抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的方法，该方法基于直流母线电压反 馈实现输入电流脉动抑制，包括以下步骤：
[0077] 步骤1，在数字处理控制模块中创建MPPT计算单元3、补偿单元4、加法器5和逆变 器fe制单兀6 ;
[0078] 步骤2,AD采样电路2采集主功率电路1中光伏电池组件的输出电压和电流输入 到MPPT计算单元3,采集主功率电路中光伏电池组件的输出电压和直流母线电压输入到补 偿单元4,采集直流母线电压输出量经过带通滤波器10后输入到补偿单元4,采集直流母线 电压、DC/AC变换器的输出电压和电流输入到逆变器控制单元6 ;
[0079] 步骤3,数字处理控制模块的MPPT计算单元3根据AD采样电路2的光伏电池组件 输出电压电流反馈信号进行最大功率跟踪运算，输出前级Boost变换器的最大功率占空比Dmppt;
[0080] 步骤4,数字处理控制模块的逆变器控制单元6根据AD采样电路2的反馈信号进 行比较运算，处理得出光伏并网发电系统后级DC/AC变换器当前的占空比D，实现后级的闭 环控制；
[0081] 步骤5,补偿控制单元4将采集到的光伏电池组件的输出电压、直流母线电压以及 直流母线电压经带通滤波器后的两倍工频电压分量进行运算，得到前级Boost变换器最大 功率占空比Dmppt的补偿占空比D"pple，具体公式如下：
[0083]其中，Vpv是光伏电池组件工作在最大功率点时输出电压的平均值，Vd是直流母线 电压的平均值，AVd为母线电容Cd上瞬时电压Vd的两倍工频分量峰峰值，《是电网电压的 角频率，t为时间；
[0084] 经加法器10对步骤3中输出的前级Boost变换器最大功率占空比Dmppt进行调整， 得到前级Boost变换器的当前占空比d实现前级的MPPT闭环控制，公式如下：
[0085] d一DMPPT+Dripple
[0086] 步骤6,数字处理控制模块将所得光伏并网发电系统的输入、输出值送入显示单元 9实时显示。
[0087] 实施例1
[0088] 本实施例以两级式单相并网发电系统为基础，按照图2所示的两级式单相光伏并 网发电系统及其控制电路进行了仿真实验。具体参数如下：光伏电池组件的最大功率点的 输出功率为2KW;PV模块的开路电压V。。= 226. 5V，短路电流Isc = 11. 08A;B〇〇st变换器中 电感L1 = 4mH:前级输入侧电容Cpv = 110uF，母线电容Cd = 1500uF;后级DC/AC变换器采 用全桥输出L2 = 6mH，Cae = 3. 3uF。系统开关频率为：fs = 16K。
[0089] 图3 (a)给出了补偿前稳态下输入电流ipv和输入电压V、母线电压Vd的仿真波形 图。从波形上看，母线电压Vd以两倍的工频脉动，相应的输入电流也以两倍的工频脉动，其 两倍工频脉动幅值Aipv~I. 3A;从波形可以看出，输入电压以两倍的工频脉动且脉动幅值 较大，其两倍工频脉动幅值AVpv~5. 8V。图3 (b)是在补偿后稳态下输入电流ipv和输入 电压Vpv、母线电压Vd的仿真波形图仿真波形图。可以看出，通过加入直流母线电压反馈的 输入电流脉动抑制方法，输入电流ipv基本无两倍工频脉动，输入电压Vpv基本无两倍工频 脉动。由上可知，通过采用本发明的控制方法，光伏并网发电系统输入电流和输入电压波形 比较平直，无两倍工频脉动，能够减小甚至消除输入侧的电流低频脉动，提高MPPT跟踪的 精度，提高EMI性能，从而减少光伏电池组件的发热并延长其寿命。
[0090] 综上，本发明针对两级式单相光伏并网发电系统输入电流低频脉动问题，提供了 一种基于直流母线电压反馈的输入电流脉动抑制技术研究的装置，该方法可以在不影响系 统正常工作的情况下，降低甚至消除输入电流的低频脉动，提高了MPPT跟踪精度，相比于 现有技术，不增加额外的硬件成本，不依赖于主功率系统参数和功率等级，方法简单可靠且 容易数字实现，同时提高了MPPT跟踪精度、EMI性能和减小光伏电池的发热，具有重要的工 程应用价值。
【主权项】
1. 一种抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的装置，其特征在于，该装置基于直流母 线电压反馈实现输入电流脉动抑制，具体包括Boost变换器和DC/AC变换器组成的两级式 主功率电路（1)、AD采样电路（2)、数字处理控制模块、带通滤波器（10)、驱动电路（7)、辅助 供电电路（8)、显示单元（9)，其中数字处理控制模块包括MPPT计算单元（3)、加法器（5)、 补偿单元（4)和逆变控制单元（6); 所述光伏并网发电系统的主功率电路（1)包括顺次并联的光伏电池组件、Boost变换 器、母线电容Cd、DC/AC变换器和电网源v。；其中主功率电路⑴中光伏电池组件的输出电 压和电流、直流母线电压、DC/AC变换器的输出电压和电流均接入AD采样电路（2)，AD采样 电路（2)的输出端分别接入MPPT计算单元（3)、带通滤波器（10)和逆变器控制单元（6); 带通滤波器（10)的输出端接入补偿单元（4) ;MPPT计算单元（3)、补偿单元（4)的输出端 分别接入加法器（5)的两个输入端，加法器（5)的输出端通过驱动单元（7)接入Boost变 换器；逆变器控制单元（6)的控制输出端通过驱动单元（7)接入DC/AC变换器；所述辅助供 电电路（8)的输出端分别接入驱动单元（7)、AD采样电路（2)、数字处理控制模块、显示单 元（9)的电源输入端；所述显示单元（9)与数字处理控制模块的通信端相连接。2. 根据权利要求1所述的抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的装置，其特征在于， 所述数字处理控制模块为DSP芯片TMS320F28335。3. 根据权利要求1所述的抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的装置，其特征在于， 所述显示单元（9)为IXD显示屏。4. 一种抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的方法，其特征在于，该方法基于直流母 线电压反馈实现输入电流脉动抑制，包括以下步骤： 步骤1，在数字处理控制模块中创建MPPT计算单元（3)、补偿单元（4)、加法器（5)和逆 变器控制单元（6); 步骤2,AD采样电路⑵采集主功率电路⑴中光伏电池组件的输出电压和电流输入 到MPPT计算单元（3)，采集主功率电路中光伏电池组件的输出电压和直流母线电压输入到 补偿单元（4)，采集直流母线电压输出量经过带通滤波器（10)后输入到补偿单元（4)，采集 直流母线电压、DC/AC变换器的输出电压和电流输入到逆变器控制单元（6); 步骤3,数字处理控制模块的MPPT计算单元（3)根据AD采样电路（2)的光伏电池组件 输出电压电流反馈信号进行最大功率跟踪运算，输出前级Boost变换器的最大功率占空比 Dmppt ; 步骤4,数字处理控制模块的逆变器控制单元（6)根据AD采样电路（2)的反馈信号进 行比较运算，处理得出光伏并网发电系统后级DC/AC变换器当前的占空比D，实现后级的闭 环控制； 步骤5,补偿控制单元（4)将采集到的光伏电池组件的输出电压、直流母线电压以及直 流母线电压经带通滤波器后的两倍工频电压分量进行运算，得到前级Boost变换器最大功 率占空比DMPPT的补偿占空比D"pple，经加法器（10)对步骤3中输出的前级Boost变换器最 大功率占空比DMPPT进行调整，得到前级Boost变换器的当前占空比d实现前级的MPPT闭环 控制，公式如下： d-DMPPT+Dripple 步骤6,数字处理控制模块将所得光伏并网发电系统的输入、输出值送入显示单元（9) 实时显示。5.根据权利要求4所述的抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的方法，其特征在于， 步骤5中所述前级Boost变换器最大功率占空比DMPPT的补偿占空比D"pple，具体公式如下：其中，Vpv是光伏电池组件工作在最大功率点时输出电压的平均值，Vd是直流母线电压 的平均值，AVd为母线电容Cd上瞬时电压vd的两倍工频分量峰峰值，《是电网电压的角频 率，t为时间。
【专利摘要】本发明公开了一种抑制光伏并网发电系统输入电流脉动的装置及方法，该装置包括Boost变换器和DC/AC变换器组成的两级式主功率电路、AD采样电路、数字处理控制模块、带通滤波器、驱动电路、辅助供电电路、显示单元。该方法通过采样光伏电池组件的输出电压和电流搜索出最大功率跟踪点；并通过采样直流母线电压及其两倍工频电压脉动量计算出占空比补偿量，经加法器对MPPT计算单元输出占空比进行调整，得到前级Boost变换器的控制占空比；逆变器控制单元输出占空比控制后级逆变DC/AC变换器工作。本发明能够降低光伏输入电流的低频脉动，不依赖于主功率系统参数和功率等级，同时提高了MPPT跟踪精度、EMI性能，并减小了光伏电池的发热，具有重要的工程应用价值。
【IPC分类】H02J1/02, H02M1/14, H02J3/38
【公开号】CN105024395
【申请号】CN201410167105
【发明人】吕建国, 胡文斌, 陆晓玉, 吴馥云, 刘兆清, 戴双飞, 姚凯, 文晞畅
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年4月23日