一种并网光伏逆变器电流优化控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种并网光伏逆变器电流优化控制系统及方法，包括：数据采样模块、信号变换器、加权平均电流控制器、交叉耦合补偿控制器、无差拍控制器和PWM发生器；数据采样模块的输出端与信号变换器连接，所述信号变换器的输出端分别连接加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器；所述加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器的输出分别连接加法器，所述加法器的输出端、无差拍控制器和PWM发生器依次连接。相比于传统的单环控制系统，本发明专利技术设计了带有前馈补偿反馈的无差拍电流控制系统，不仅可以消除加权电流控制模型的引入的静态误差，使得输出电流控制更加精确，同时跟踪速度更快，控制效果更好。

A current optimization control system and method for grid connected photovoltaic inverter

The invention discloses a current optimization control system and a method for a grid-connected photovoltaic inverter, which comprises a data sampling module, a signal converter, a weighted average current controller, a cross-coupling compensation controller, a deadbeat controller and a PWM generator, and a output end of a data sampling module connected with a signal converter, and the signal changes. The output of the converter is respectively connected with the weighted average current controller and the cross-coupling compensation controller, and the output of the weighted average current controller and the cross-coupling compensation controller are respectively connected with the adder. The output of the adder, the deadbeat controller and the PWM generator are connected in turn. Compared with the traditional single-loop control system, the deadbeat current control system with feedforward compensation feedback is designed, which not only eliminates the static error introduced by the weighted current control model, but also makes the output current control more accurate, and the tracking speed is faster, and the control effect is better.

【技术实现步骤摘要】
一种并网光伏逆变器电流优化控制系统及方法
本专利技术属于光伏并网发电领域，尤其涉及一种并网光伏逆变器电流优化控制系统及方法。
技术介绍
光伏太阳能并网发电系统核心部件是电力电子开关器件组成的并网逆变器，为消除开关器件带来的巨量谐波，逆变器中都会配置含有较大容量高频吸收电容的LCL滤波器。电容的引入虽然减小了电压输出纹波，使得逆变器的输出变得更加平滑，但也引入了一些控制问题，尤其是在并网时，增强了LCL滤波器的谐振，并且降低了电流跟踪控制精度，产生静态跟踪误差，严重时会使逆变器失控，发生系统脱网故障。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种并网光伏逆变器电流优化控制系统及方法，建立了控制系统闭环模型，通过增加控制系统的输入量，从控制的角度引入更多的系统反馈信息，并对反馈信息进行分析推导计算，从理论上消除了系统闭环控制时的谐振点，同时，引入电压前馈控制环节，优化了电流控制给定，消除了系统控制静误差，使得逆变器的控制更加精准，解决了逆变器并网时的谐振和静态误差问题。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案，包括：本专利技术公开了一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，光伏并网逆变器通过LCL滤波器接入微电网中；包括：数据采样模块、信号变换器、加权平均电流控制器、交叉耦合补偿控制器、无差拍控制器和PWM发生器；所述数据采样模块分别采集LCL滤波器旁路电容两侧的输入输出电流以及并网逆变器接入电网点处的电压；所述数据采样模块的输出端与信号变换器连接，所述信号变换器的输出端分别连接加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器；所述加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器的输出分别连接加法器，所述加法器的输出端、无差拍控制器和PWM发生器依次连接。进一步地，所述采样模块将采集到的系统模拟量信息转换为数字量信息，通过信号变换器进行坐标变换后，分别送入加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器中进行耦合计算，得到控制参考电压值；将所述控制参考电压值送入无差拍控制器，计算得到最终的控制给定值；通过PWM发生器，产生控制光伏并网逆变器中IGBT的驱动信号，实现光伏并网逆变器的LCL谐振抑制和无静差的跟踪。进一步地，所述信号变换器实现abc-αβ坐标变换。进一步地，LCL滤波器旁路电容的输入输出两侧分别接有旁路前电流传感器和旁路后电流传感器。进一步地，LCL滤波器与电网连接的PCC点安装电压传感器。本专利技术公开了一种并网光伏逆变器电流优化控制方法，包括以下步骤：分别采集LCL滤波器旁路电容两侧的输入输出电流以及并网逆变器接入电网点处的电压；并将采集到的模拟信息量转换为数字量；进行坐标变换，将上述得到的数字量信息转换为αβ坐标系下的变量；通过加权平均电流控制器对αβ坐标系下的电流数据进行加权平均计算，得到反馈增益值；通过交叉耦合补偿控制器计算静态输出误差补偿值；通过无差拍控制器将控制信号离散化，得到输出电压控制给定值；将输出电压控制给定值通过PWM发生器，产生控制光伏并网逆变器中IGBT的驱动信号，实现光伏并网逆变器的LCL谐振抑制和无静差的跟踪。进一步地，加权平均电流控制器的控制模型以αβ坐标系下的电流、电压变量为输入参数，以静态输出误差补偿值为控制目标。进一步地，通过交叉耦合补偿控制器计算静态输出误差补偿值，具体为：静态输出误差补偿值等于加权系数与αβ坐标系下的电流变量的差值的乘积。进一步地，所述无差拍控制器的控制模型为：输出电压控制给定值等于公共点PCC的电压与单个周期内加在LCL滤波器的两个电感之间的电压之和。进一步地，所述无差拍控制器的电流控制输入根据电流给定值、反馈增益值和误差补偿值计算得到。本专利技术有益效果：(1)在以光伏并网发电的系统或者微电网中，多台并联运行的光伏逆变器控制系统阶数高，设计困难，而且设计不当容易发生并联谐振，轻者脱网运行，重则造成逆变器烧毁。本专利技术的光伏逆变器控制系统设计上采用了基于虚拟滤波器的加权电流控制模型，使LCL滤波器阶数降低，可以从理论上消除逆变器的并网并联运行的谐振问题。(2)相比于传统的单环控制系统，本专利技术设计了带有前馈补偿反馈的无差拍电流控制系统，不仅可以消除加权电流控制模型的引入的静态误差，使得输出电流控制更加精确，同时跟踪速度更快，控制效果更好。附图说明图1为本专利技术并网光伏逆变器电流优化控制系统结构示意图；图2为本专利技术交叉耦合补偿控制器模型示意图；其中，1、光伏并网逆变器，2、LCL滤波器，3、微电网，4、旁路前电流传感器，5、旁路后电流传感器，6、PCC点电压传感器，7、旁路电容，8、采样模块，9、信号变换器，10、加权平均电流控制器，11、交叉耦合补偿控制器，12、无差拍控制器，13、PWM发生器。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，在光伏并网逆变发电的微电网3中，存在大量并联使用光伏逆变器。作为电能变换的关键设备，其控制稳定性和精度对微电网3的安全平稳运行有着至关重要的作用。由于核心部件采用的电力电子开关设备的高频开关动作，产生大量的电压纹波，必须采用旁路电容7对高频纹波进行吸收。但也会导致控制系统阶数增加，对控制器设计提出了挑战。同时LCL的结构存在谐振点，控制不准容易产生谐振，造成逆变器运行失稳，发生脱网事故或者过载烧毁。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种并网光伏逆变器的电流优化控制系统及方法。通过高精度采样模模块采集LCL滤波器2旁路电容7两侧的输入输出电流，也即并网逆变器发出电流和经过电容旁路后剩余电流，控制系统的另一输入量为并网逆变器接入电网点处的电压，也即PCC点电压。其采用无差拍控制器12，通过引入电压前馈控制，改进了加权均衡电流控制模型，消除了系统闭环控制静态误差，提高了系统的响应速度，能够在实现指令电流的快速跟踪的同时，抑制并网逆变器并联时的LCL滤波器2的谐振。一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，如图1所示，包括：采样模块8、信号变换器9、加权平均电流控制器10、交叉耦合补偿控制器11、无差拍控制器12和PWM发生器13。光伏并网逆变器1通过LCL滤波器2，接入微电网3中，旁路电容7的输入输出两侧分别接有旁路前电流传感器4和旁路后电流传感器5。LCL滤波器2的出口与电网在PCC点连接，此处装有PCC点电压传感器6。其中：采样模块8将上述旁路前电流传感器4和旁路后电流传感器5以及PCC点电压传感器6所采集到的系统模拟量信息转换为数字量信息，通过信号变换器9，送入加权平均电流控制器10和交叉耦合补偿控制器11中进行耦合计算，经过比例增益K，得到控制参考电压值后，送入无差拍控制器12，计算得到最终的控制给定值，通过PWM发生器13，产生控制光伏并网逆变器1中IGBT的驱动信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，光伏并网逆变器通过LCL滤波器接入微电网中；其特征在于，包括：数据采样模块、信号变换器、加权平均电流控制器、交叉耦合补偿控制器、无差拍控制器和PWM发生器；所述数据采样模块分别采集LCL滤波器旁路电容两侧的输入输出电流以及并网逆变器接入电网点处的电压；所述数据采样模块的输出端与信号变换器连接，所述信号变换器的输出端分别连接加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器；所述加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器的输出分别连接加法器，所述加法器的输出端、无差拍控制器和PWM发生器依次连接。

【技术特征摘要】
1.一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，光伏并网逆变器通过LCL滤波器接入微电网中；其特征在于，包括：数据采样模块、信号变换器、加权平均电流控制器、交叉耦合补偿控制器、无差拍控制器和PWM发生器；所述数据采样模块分别采集LCL滤波器旁路电容两侧的输入输出电流以及并网逆变器接入电网点处的电压；所述数据采样模块的输出端与信号变换器连接，所述信号变换器的输出端分别连接加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器；所述加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器的输出分别连接加法器，所述加法器的输出端、无差拍控制器和PWM发生器依次连接。2.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，其特征在于，所述采样模块将采集到的系统模拟量信息转换为数字量信息，通过信号变换器进行坐标变换后，分别送入加权平均电流控制器和交叉耦合补偿控制器中进行耦合计算，得到控制参考电压值；将所述控制参考电压值送入无差拍控制器，计算得到最终的控制给定值；通过PWM发生器，产生控制光伏并网逆变器中IGBT的驱动信号，实现光伏并网逆变器的LCL谐振抑制和无静差的跟踪。3.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，其特征在于，所述信号变换器实现abc-αβ坐标变换。4.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，其特征在于，LCL滤波器旁路电容的输入输出两侧分别接有旁路前电流传感器和旁路后电流传感器。5.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器电流优化控制系统，其特征在于，LCL滤波器与电网连接的P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东，李峰，汪东军，戎道建，郑开辉，许鲁忠，朱国梁，颜勇，马俊迪，魏姗姗，樊相臣，刘建文，李一真，吕雯，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司德州供电公司，国网山东节能服务有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37