一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電領域，具體為一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。光伏并網(wǎng)逆變器，包括光伏組件PV、儲能電容C、逆變器和數(shù)字信號處理器DSP，該數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)部包括PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)模塊PLL和滯環(huán)比較器，光伏組件PV和儲能電容C連接在逆變器的直流側(cè)，逆變器交流側(cè)通過濾波電感與電網(wǎng)連接，數(shù)字信號處理器DSP實時采樣直流側(cè)電容電壓與交流側(cè)電網(wǎng)電壓與電流。本發(fā)明采用雙滯環(huán)SVPWM，當誤差電流較大時，采用單一滯環(huán)控制，迅速減小誤差；誤差電流較小時，采用滯環(huán)SVPWM控制，實時檢測誤差電流與參考電壓矢量的空間區(qū)域，在保證控制精度的同時，輸出電壓矢量切換過程中只改變逆變器一組橋臂的信號，降低了開關(guān)頻率。
【專利說明】
-種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法
技術(shù)領域
[0001] 本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電領域，具體為一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化，光伏并網(wǎng)發(fā)電成為一種潛力巨大的發(fā)電方式；另一方 面，非線性設備的大量應用，電能質(zhì)量問題也成為一種亟待解決的問題。光伏并網(wǎng)裝置與電 能質(zhì)量處理裝置(有源電力濾波器)二者在發(fā)展過程中都面臨成本高、裝置利用率低的問 題?，F(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器控制方法通常采用單一滯環(huán)或單一 SVPWM控制方法。諧波無功指令與 光伏并網(wǎng)電流指令二者的頻率不同，含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器采用單一的控制方 法不能同時達到精度高、開關(guān)頻率低的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明為了解決含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器控制方法單一的問題，提供了 一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
[0004] 本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器， 包括光伏組件PV、儲能電容C、逆變器和數(shù)字信號處理器DSP，該數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)部包 括PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)模塊化L和滯環(huán)比較器，數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)還寫入有諧波無功電流 檢測程序、指令電流計算程序和電流跟蹤程序，光伏組件PV和儲能電容C連接在逆變器的直 流側(cè)，逆變器交流側(cè)通過濾波電感與電網(wǎng)連接，數(shù)字信號處理器DSP實時采樣直流側(cè)電容電 壓與交流側(cè)電網(wǎng)電壓與電流。
[0005] 上述的一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括W下步驟：
[0006] 1)在光照條件良好條件下，數(shù)字信號處理器DSP中的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)儲能電容C兩端 的電壓計算出并網(wǎng)電流Ipv，否則PI調(diào)節(jié)器不工作；
[0007] 2)數(shù)字信號處理器DSP進行電能質(zhì)量測定，實時監(jiān)測電網(wǎng)的諧波與無功分量，若諧 波無功分量不符合國家標準，則實時求出諧波無功分量的電流IC，否則不進行電流IC的計 算；
[000引3)指令電流的計算：當光照條件良好、諧波無功分量不符合國家標準時，將Ipv+Ic 作為指令電流；當光照條件良好、諧波無功分量符合國家標準時，將Ipv作為指令電流;當光 照條件較差，諧波無功分量不符合國家標準時，將Ic作為指令電流；
[0009] 4)將取指令電流與逆變器輸出電流作差，得到誤差電流矢量Ai，Ai的模值與預 先設定的雙滯環(huán)的外環(huán)寬H1進行比較，若模值大于外環(huán)寬H1時，數(shù)字信號處理器DSP采用單 滯環(huán)控制，實現(xiàn)電流的跟蹤控制；
[0010] 5)若模值在外環(huán)寬H1與內(nèi)環(huán)寬H2之間，誤差電流矢量Ai在滯環(huán)比較器作用下輸 出Ka、Kb、K。，并根據(jù)Ka、Kb、K。判斷誤差電流矢量Δi所在區(qū)域，再根據(jù)指令參考電壓U?行區(qū) 域檢測;最后依據(jù)Ai所在區(qū)域和U作片在的區(qū)域選擇合適的電壓空間矢量Uk，從而實現(xiàn)電流 的跟蹤巧制。
[0011]上述的一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，指令參考電壓11^區(qū)域 檢測直接由誤差電流相間矢量Δ iab、A ibc、A ica的正負極性來判定。
[0012]單一的滯環(huán)控制方法響應快、精度高、開關(guān)頻率高，而單一的SVP歷控制方法響應 緩慢、精度低、開關(guān)頻率低。指令電流Ipv與Ic的幅值及頻率相差較大，采用單一的控制方法 難W達到響應迅速、精度高，開關(guān)頻率低的目的。本發(fā)明采用雙滯環(huán)SVPWM，當誤差電流較大 時，采用單一滯環(huán)控制，迅速減小誤差;誤差電流較小時，采用滯環(huán)SVPWM控制，實時檢測誤 差電流與參考電壓矢量的空間區(qū)域，在保證控制精度的同時，輸出電壓矢量切換過程中只 改變逆變器一組橋臂的信號，降低了開關(guān)頻率。
【附圖說明】
[0013] 圖1為含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器整體圖。
[0014] 圖2為逆變器等值電路。
[0015] 圖3為含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法的工作流程圖。
[0016] 圖4為雙滯環(huán)SVPWM控制流程。
[0017] 圖5為雙滯環(huán)SVPWM控制原理圖。
[001引圖6為誤差電流矢量Δ?的區(qū)域劃分圖。
[0019] 圖7為誤差電流矢量Δ i所在區(qū)域判定表圖。
[0020] 圖8為參考電壓矢量U*的區(qū)域劃分圖。
[0021 ]圖9為參考電壓矢量U*所在區(qū)域判定表圖。
[0022] 圖10為電壓空間矢量址的選擇方法圖。
[0023] 圖11為電壓空間矢量址的選擇表圖。
【具體實施方式】
[0024] -種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器，包括光伏組件PV、儲能電容C、逆變器和 數(shù)字信號處理器DSP，該數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)部包括PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)模塊化L和滯環(huán)比較 器，數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)還寫入有諧波無功電流檢測程序、指令電流計算程序和電流跟蹤 程序，光伏組件PV和儲能電容C連接在逆變器的直流側(cè)，逆變器交流側(cè)通過濾波電感與電網(wǎng) 連接，數(shù)字信號處理器DSP實時采樣直流側(cè)電容電壓與交流側(cè)電網(wǎng)電壓與電流。
[0025] -種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括W下步驟：
[0026] 1)在光照條件良好條件下，數(shù)字信號處理器DSP中的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)儲能電容C兩端 的電壓計算出并網(wǎng)電流Ipv，否則PI調(diào)節(jié)器不工作；
[0027] 2)數(shù)字信號處理器DSP進行電能質(zhì)量測定，實時監(jiān)測電網(wǎng)的諧波與無功分量，若諧 波無功分量不符合國家標準，則實時求出諧波無功分量的電流IC，否則不進行電流IC的計 算；
[0028] 3)指令電流的計算：當光照條件良好、諧波無功分量不符合國家標準時，將Ipv+Ic 作為指令電流；當光照條件良好、諧波無功分量符合國家標準時，將Ipv作為指令電流;當光 照條件較差，諧波無功分量不符合國家標準時，將Ic作為指令電流；
[0029] 4)將指令電流與逆變器輸出電流作差，得到誤差電流矢量Ai，Ai的模值與預先 設定的雙滯環(huán)的外環(huán)寬HI進行比較，若模值大于外環(huán)寬HI時，數(shù)字信號處理器DSP采用單滯 環(huán)控制產(chǎn)生PWM信號，實現(xiàn)電流的跟蹤控制；
[0030] 5)若模值在外環(huán)寬H1與內(nèi)環(huán)寬H2之間，誤差電流矢量Ai在滯環(huán)比較器作用下輸 出Ka、Kb、K。，并根據(jù)Ka、Kb、K。判斷誤差電流矢量Δi所在區(qū)域，再根據(jù)指令參考電壓U嘴行區(qū) 域檢測;最后依據(jù)Ai所在區(qū)域和U作片在的區(qū)域選擇合適的電壓空間矢量Uk，產(chǎn)生PWM信號， 從而實現(xiàn)電流的跟蹤巧制；
[0031] (6)若模值小于內(nèi)環(huán)寬肥，則保持原PWM信號不變。
[0032] 對圖2進行矢量表示如公式1:
[0033]
[0034] 指令電流矢量i*減去實際逆變器輸出的電流矢量ic即可得出誤差值Δ i
[0035] Α?=.Γ.._ 與. （2.)
[0036] 在此電阻R取理想值0,結(jié)合式（1)可得
[0037]
[0038] 式(3)中括號內(nèi)的項即為參考電壓矢量，用U*表示
[0042] 滯環(huán)SVP歷控制法的原理如圖5所示。根據(jù)公式5可知，在誤差電流矢量Δ?與參考 電壓矢量U叩勺區(qū)域確定之后，可通過選擇合適的電壓矢量Uk實現(xiàn)電流跟蹤控制。
[0043] 通過滯環(huán)比較器對指令電流與實際輸出電流二者的誤差電流矢量Ai進行控制， 根據(jù)輸出的1(3、阮、1(。判斷么1所在的區(qū)域；另一方面對指令參考電壓11嘴行區(qū)域檢測；最后 依據(jù)一定的控制規(guī)則選擇合適的電壓空間矢量Uk，從而實現(xiàn)電流的跟蹤控制。
[0044] Ai所在的區(qū)域劃分如圖6所示，共分為六個區(qū)域，①、②、③、④、⑤、⑥。在不同情 況下，Ai所在的區(qū)域由圖7可W得出。
[0045] 指令參考電壓U*的區(qū)域劃分如圖8所示，共分為六個區(qū)域，Ι、Π 、虹、IV、V、VI。在 區(qū)域計算過程中設及到各相電網(wǎng)電壓的采樣及對指令電流的求導過程，運將導致硬件及軟 件計算變得過于復雜;又因為諧波電流復雜多變，求導運算會出現(xiàn)較大的誤差。在此采用一 種改進的區(qū)域檢測算法，直接由誤差電流相間矢量Δ iab、A ibc、A ica的正負極性來判定指 令參考電壓矢量U呼片在區(qū)域，具體選擇如圖9所示。
[0046] 在誤差電流矢量Δi與參考電壓矢量u^各自所在區(qū)域確定之后，即可選擇最優(yōu)的 電壓空間矢量Uk，選擇范例如圖10所示，不同情況下的選擇方法如圖11所示。
[0047] 根據(jù)選擇的電壓空間矢量uk即可控制逆變電路中開關(guān)器件IGBT的通斷，達到電流 跟蹤控制的目的。
【主權(quán)項】
1. 一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于包括光伏組件PV、儲能電容c、 逆變器和數(shù)字信號處理器DSP，該數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)部包括PI調(diào)節(jié)器、鎖相環(huán)模塊PLL和 滯環(huán)比較器，數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)還寫入有諧波無功電流檢測程序、指令電流計算程序和 電流跟蹤程序，光伏組件PV和儲能電容C連接在逆變器的直流側(cè)，逆變器交流側(cè)通過濾波電 感與電網(wǎng)連接，數(shù)字信號處理器DSP的直流側(cè)和儲能電容C連接，數(shù)字信號處理器DSP的交流 側(cè)和電網(wǎng)連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在 于包括以下步驟： 1) 在光照條件良好條件下，數(shù)字信號處理器DSP中的PI調(diào)節(jié)器根據(jù)儲能電容C兩端的電 壓計算出并網(wǎng)電流Ipv，否則PI調(diào)節(jié)器不工作； 2) 數(shù)字信號處理器DSP進行電能質(zhì)量測定，實時監(jiān)測電網(wǎng)的諧波與無功分量，若諧波無 功分量不符合國家標準，則實時求出諧波無功分量的電流Ic，否則不進行電流Ic的計算； 3) 指令電流的計算：當光照條件良好、諧波無功分量不符合國家標準時，將Ipv+Ic作為 指令電流;當光照條件良好、諧波無功分量符合國家標準時，將Ipv作為指令電流；當光照條 件較差，諧波無功分量不符合國家標準時，將Ic作為指令電流； 4) 將取指令電流與逆變器輸出電流作差，得到誤差電流矢量Ai，Ai的模值與預先設 定的雙滯環(huán)的外環(huán)寬H1進行比較，若模值大于外環(huán)寬H1時，數(shù)字信號處理器DSP采用單滯環(huán) 控制，實現(xiàn)電流的跟蹤控制； 5) 若模值在外環(huán)寬H1與內(nèi)環(huán)寬H2之間，誤差電流矢量Ai在滯環(huán)比較器作用下輸出 并根據(jù)判斷誤差電流矢量Ai所在區(qū)域，再根據(jù)指令參考電壓/進行 區(qū)域檢測;最后依據(jù)Ai所在區(qū)域和$所在的區(qū)域選擇合適的電壓空間矢量從而實現(xiàn) 電流的跟蹤控制。3. 如權(quán)利要求2所述的一種含電能質(zhì)量處理的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在 于指令參考電壓W區(qū)域檢測直接由誤差電流相間矢量的正負極性來判定。
【文檔編號】H02M7/5387GK106058931SQ201610541273
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】李嵐, 王維, 楊建廷, 賀惟明, 牛浩明
【申請人】太原理工大學