一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法技术

本发明专利技术提供一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法，利用光伏阵列、DC/DC变换器和输出滤波器的电压、电流采样，通过上层的基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略实现了光伏逆变器主动功率平衡控制。本发明专利技术所述控制方法能够减小光伏发电对传统发电方式和储能设备的依赖性，增强光伏发电对孤岛微电网的支撑和平衡能力，且控制算法调控速度快。

An Active Power Balance Control Method for Two-stage Photovoltaic Inverter

【技术实现步骤摘要】
一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法
本专利技术涉及光伏逆变器
，具体涉及一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法。
技术介绍
可持续、环境友好的光伏发电技术一直受到广泛关注，其可以方便地为高原、海岛等偏远地区提供电能，避免了远距离输电。然而，仅以光伏发电技术组成孤岛型微电网时，由于缺乏大电网的支撑及平衡作用，继续采用传统控制模式难以满足网络及负荷需求，而且大型储能设备、采用化石燃料的发电机等装置成为光伏微电网不可或缺的组成部分，极大地限制了光伏发电在孤岛微电网的应用。专利技术人发现，现有的孤岛微电网中的光伏逆变器工作在电流控制模式下或电压控制模式下。在前一种情况下，即采用电流控制模式时，光伏逆变器工作在主/从模式下，作为从机、以受控电流源方式跟踪光伏阵列的最大功率点，电网电压由主逆变器或储能、发电机等装置维持稳定，且光伏逆变器输出功率由太阳能发电的环境条件所制约。在后一种情况下，即采用电压控制模式时，光伏逆变器可以采用恒压恒频或下垂等控制策略，此时逆变器的直流侧必须有蓄电池等储能设备支撑，微电网母线电压由所有光储逆变器共同维持，光伏阵列仍工作在最大功率跟踪模态下，其输出功率由负载需求决定，逆变器高度依赖其直流侧的储能装置来平衡光伏发电同负荷需求之间的差异。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法，能够减小光伏发电对传统发电方式和储能设备的依赖性，增强光伏发电对孤岛微电网的支撑和平衡能力，且控制算法调控速度快。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法，所述两级式光伏逆变器包括至少一个光伏逆变单元，其中每个光伏逆变单元均包括依次连接的光伏阵列、DC/DC变换器、逆变器和输出滤波器，各光伏逆变单元之间并联连接，并通过交流母线向负荷供电，对于每个光伏逆变单元而言，所述控制方法包括如下步骤：测量逆变器输出的三相电压序列值uout和三相电流序列值iout，使uout和iout分别经过低通滤波器，得到各自滤波后的电压分量uoutf和电流分量ioutf，再利用uoutf和ioutf计算逆变器实际输出的有功功率Poutf和无功功率Qoutf；测量光伏阵列的端口电压upv和光伏阵列输出电流ipv，将二者相乘得到光伏阵列输出功率Ppv；测量逆变器直流侧电压udc；将Poutf、Ppv和udc代入到基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略中，得到逆变器实际输出的电压角频率ωp，再利用ωp对时间积分得到逆变器实际输出的电压相位θp；将Qoutf代入到下垂控制策略中，得到逆变器实际输出的电压幅值Up；uoutf和ioutf以θp为旋转坐标系，分别经过abc/dq变换，得到逆变器的d轴电压udout、q轴电压uqout、d轴电流idout和q轴电流iqout，设置Up为逆变器的电压d轴指令udp，设置0为逆变器的电压q轴指令uqp；使udout、idout和udp，以及uqout、iqout和uqp分别经过逆变器的电压电流双闭环控制并得到两组控制结果，将这两组控制结果以θp为旋转坐标系，经过dq/abc变换，得到PWM调制信号并进行PWM调制，从而得到用于控制逆变器开关网络的开关信号。可选地，所述将Poutf、Ppv和udc代入到基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略中，得到逆变器实际输出的电压角频率ωp具体为：预设逆变器直流侧电压指令值udc*和逆变器电压角频率参考值ωp*；将udc与udc*作差，二者的差值经过PI调节器进行调节，PI调节器输出的调节结果依次与Ppv和Poutf作差，连续两次作差得到的差值经过比例调节器进行调节，比例调节器输出的调节结果与ωp*作差，得到的差值即为ωp。可选地，所述将Qoutf代入到下垂控制策略中，得到逆变器实际输出的电压幅值Up具体为：获取逆变器的电压幅值指令值uref；使Qoutf经过比例调节器进行调节，比例调节器输出的调节结果与uref作差，得到的差值即为Up。可选地，所述使udout、idout和udp，以及uqout、iqout和uqp分别经过逆变器的电压电流双闭环控制并得到两组控制结果具体为：将udout与udp作差，二者的差值经过PI调节器进行电压调节，然后将idout与该电压调节结果作差，得到的差值再经过PI调节器进行电流调节，从而得到一组控制结果；将uqout与uqp作差，二者的差值经过PI调节器进行电压调节，然后将iqout与该电压调节结果作差，得到的差值再经过PI调节器进行电流调节，从而得到另一组控制结果。可选地，所述控制方法还包括如下步骤：将ωp代入到光伏工作点自行适配策略中，得到光伏阵列端口电压指令值upvref；使upvref经过DC/DC变换器的电压电流双闭环控制，得到PWM调制信号并进行PWM调制，从而得到用于控制DC/DC变换器的开关信号，以改变光伏阵列的端口电压upv，使其趋近于upvref。可选地，所述将ωp代入到光伏工作点自行适配策略中，得到光伏阵列端口电压指令值upvref具体为：预设逆变器的电压角频率指令值ωref；将ωp与ωref作差，二者的差值经过PI调节器进行调节，得到光伏阵列输出电压的初步指令，使该初步指令经过限幅器进行限幅处理，得到upvref。可选地，所述使该初步指令经过限幅器进行限幅处理，得到upvref具体为：计算变化前后光伏阵列的端口电压差值与输出功率差值的乘积(upv1-upv)×(ppv1-ppv)，其中upv表示变化前的光伏阵列端口电压，upv1表示变化后的光伏阵列端口电压，ppv表示变化前的光伏阵列输出功率，ppv1表示变化后的光伏阵列输出功率；判断所述乘积是否小于零，如是，则将该初步指令限幅为当前upv；如否，则继续采样，直至所述乘积小于零为止。可选地，所述使upvref经过DC/DC变换器的电压电流双闭环控制，得到PWM调制信号具体为：将upvref与upv作差，二者的差值经过PI调节器进行电压调节，然后将ipv与该电压调节结果作差，得到的差值再经过PI调节器进行电流调节，从而得到PWM调制信号。可选地，对于所述光伏工作点自行适配策略，从任意初始工作点寻求适配，正常状态下无需确定光伏阵列的最大功率工作点，仅在负荷重载的极限状态下维持光伏阵列工作最大功率点。有益效果：本专利技术所述两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法由于采用了上述技术方案，在无其他能源或大容量储能支撑时，如果总负载消耗量小于所有光伏发电功率，可以保持光伏发电系统稳定运行；无需最大功率跟踪控制，光伏阵列可自行寻求适配当前工作需求的工作点；逆变器在其直流侧无大容量储能支撑情况下，可以工作在电压型控制模式下。附图说明图1为本专利技术实施例提供的两级式光伏逆变器主电路拓扑结构示意图；图2为本专利技术实施例采用的总体构思示意图；图3为本专利技术实施例提供的逆变器控制原理示意图；图4为本专利技术实施例提供的DC/DC变换器控制原理示意图；图5为本专利技术实施例提供的两个光伏逆变单元的功率随负荷变化的仿真波形示意图；图6为本专利技术实施例提供的光伏阵列1A的电压和功率随负荷变化的示意图；图7为本专利技术实施例提供的光伏阵列1B的电压和功率随负荷变化的示意图。图中：1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法，所述两级式光伏逆变器包括至少一个光伏逆变单元，其中每个光伏逆变单元均包括依次连接的光伏阵列、DC/DC变换器、逆变器和输出滤波器，各光伏逆变单元之间并联连接，并通过交流母线向负荷供电，其特征在于，对于每个光伏逆变单元而言，所述控制方法包括如下步骤：测量逆变器输出的三相电压序列值uout和三相电流序列值iout，使uout和iout分别经过低通滤波器，得到各自滤波后的电压分量uoutf和电流分量ioutf，再利用uoutf和ioutf计算逆变器实际输出的有功功率Poutf和无功功率Qoutf；测量光伏阵列的端口电压upv和光伏阵列输出电流ipv，将二者相乘得到光伏阵列输出功率Ppv；测量逆变器直流侧电压udc；将Poutf、Ppv和udc代入到基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略中，得到逆变器实际输出的电压角频率ωp，再利用ωp对时间积分得到逆变器实际输出的电压相位θp；将Qoutf代入到下垂控制策略中，得到逆变器实际输出的电压幅值Up；uoutf和ioutf以θp为旋转坐标系，分别经过abc/dq变换，得到逆变器的d轴电压udout、q轴电压uqout、d轴电流idout和q轴电流iqout，设置Up为逆变器的电压d轴指令udp，设置0为逆变器的电压q轴指令uqp；使udout、idout和udp，以及uqout、iqout和uqp分别经过逆变器的电压电流双闭环控制并得到两组控制结果，将这两组控制结果以θp为旋转坐标系，经过dq/abc变换，得到PWM调制信号并进行PWM调制，从而得到用于控制逆变器开关网络的开关信号。...

【技术特征摘要】
1.一种两级式光伏逆变器主动功率平衡控制方法，所述两级式光伏逆变器包括至少一个光伏逆变单元，其中每个光伏逆变单元均包括依次连接的光伏阵列、DC/DC变换器、逆变器和输出滤波器，各光伏逆变单元之间并联连接，并通过交流母线向负荷供电，其特征在于，对于每个光伏逆变单元而言，所述控制方法包括如下步骤：测量逆变器输出的三相电压序列值uout和三相电流序列值iout，使uout和iout分别经过低通滤波器，得到各自滤波后的电压分量uoutf和电流分量ioutf，再利用uoutf和ioutf计算逆变器实际输出的有功功率Poutf和无功功率Qoutf；测量光伏阵列的端口电压upv和光伏阵列输出电流ipv，将二者相乘得到光伏阵列输出功率Ppv；测量逆变器直流侧电压udc；将Poutf、Ppv和udc代入到基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略中，得到逆变器实际输出的电压角频率ωp，再利用ωp对时间积分得到逆变器实际输出的电压相位θp；将Qoutf代入到下垂控制策略中，得到逆变器实际输出的电压幅值Up；uoutf和ioutf以θp为旋转坐标系，分别经过abc/dq变换，得到逆变器的d轴电压udout、q轴电压uqout、d轴电流idout和q轴电流iqout，设置Up为逆变器的电压d轴指令udp，设置0为逆变器的电压q轴指令uqp；使udout、idout和udp，以及uqout、iqout和uqp分别经过逆变器的电压电流双闭环控制并得到两组控制结果，将这两组控制结果以θp为旋转坐标系，经过dq/abc变换，得到PWM调制信号并进行PWM调制，从而得到用于控制逆变器开关网络的开关信号。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将Poutf、Ppv和udc代入到基于电压控制型逆变器功率自平衡控制策略中，得到逆变器实际输出的电压角频率ωp具体为：预设逆变器直流侧电压指令值udc*和逆变器电压角频率参考值ωp*；将udc与udc*作差，二者的差值经过PI调节器进行调节，PI调节器输出的调节结果依次与Ppv和Poutf作差，连续两次作差得到的差值经过比例调节器进行调节，比例调节器输出的调节结果与ωp*作差，得到的差值即为ωp。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将Qoutf代入到下垂控制策略中，得到逆变器实际输出的电压幅值Up具体为：获取逆变器的电压幅值指令值uref；使Qoutf经过比例调节器进行调节，比例调节器输出的调节结果与uref作差，得到的差值即为Up。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪伟，刘永奎，李国，易皓，王振雄，卓放，吴嘉琪，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65