一种单相光伏并网发电系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单相光伏并网发电系统及控制方法，它包括功率单元和控制单元两部分，功率单元与控制单元通过导线连接；所述功率单元包括光伏组件，光伏组件与前级Boost变换器输入端连接；前级Boost变换器输出端与后级并网逆变器输入端连接；后级并网逆变器输出端通过滤波电感后与电网连接；解决了现有技术PCI控制在基频附近存在稳态误差及并网电流的动稳态响应速度慢等问题。

A single-phase photovoltaic grid connected power generation system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种单相光伏并网发电系统及控制方法
本专利技术属于分布式发电与微电网技术，用于两级式单相光伏并网发电系统，尤其涉及一种单相光伏并网发电系统及控制方法。
技术介绍
随着全球范围内能源危机和环境问题的日益突出，为了实现新能源（分布式发电）的最大化利用，微电网技术得到越来越多的关注。光伏并网逆变器作为微电网中的关键设备之一，是分布式资源与配电网（微电网）的纽带。因此，光伏单相并网发电系统作为最常用的户用光伏发电设备，其功能被深入挖掘并肯定了其有益的作用。在单相光伏并网发电系统中，单相并网逆变器最常用的电网电压定向的矢量控制，其在电压定向的基础上，通过输出电流矢量的控制，向电网中注入功率。基于电压定向的矢量控制策略的控制性能又取决电网电压矢量位置的准确获取，定向性能取决于锁相环设计性能。一种基于旋转坐标变换的单相电力信号同步相位快速开环捕获方法，可同时应对幅值、相位和频率的突变。基于电流闭环的矢量控制策略，为实现单相并网逆变器输出交流电流的无静差控制，根据参考坐标系选择的不同，其控制设计主要分为基于同步旋转坐标系以及静止坐标系的两种结构的控制设计。常用的控制策略有电流H∞重复控制、电流比例谐振控制、电流无差拍预测控制和电流比例积分控制。其中PI控制作为最常用的控制策略之一，简单易实现，受到广泛应用，但是只能对直流量实现无静差控制，对交流控制存在较大的稳态误差。在PI控制的基础上，提出一种基于αβ静止坐标系的比例复数积分控制（ProportionalComplexIntegral,PCI），可以消除交流量控制存在的稳态误差。PCI控制只有在基频处可以实现交流量稳态误差调节，否则增益会迅速较小，造成较大的偏差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种单相光伏并网发电系统及控制方法，以解决PCI控制在基频附近存在稳态误差及并网电流的动稳态响应速度慢等问题。本专利技术的技术方案是：一种单相光伏并网发电系统，它包括功率单元和控制单元两部分，功率单元与控制单元通过导线连接；所述功率单元包括光伏组件，光伏组件与前级Boost变换器输入端连接；前级Boost变换器输出端与后级并网逆变器输入端连接；后级并网逆变器输出端通过滤波电感后与电网连接。作为本专利技术的进一步改进，所述控制单元包括DSP控制系统模块、检测电路模块和驱动电路模块；DSP控制系统模块分别与检测电路模块和驱动电路模块连接。作为本专利技术的进一步改进，所述检测电路具体包括与直流电压霍尔传感器连接的直流电压采样电路、与直流电流霍尔传感器连接的直流电流采样电路、与交流电流互感器连接的交流电流采样电路以及与交流电压互感器连接的交流电压采样电路，且所述直流电压采样电路、直流电流采样电路、交流电流采样电路以及交流电压采样电路分别与DSP控制系统中的AD模块相连。作为本专利技术的进一步改进，所述驱动电路采用隔离电源和HLP3120驱动芯片组成，所述隔离电源用于给HLP3120驱动芯片供电，用来控制后级并网逆变器的开关管。本专利技术还公开了一种单相光伏并网发电系统的控制方法，包括以下步骤：前级Boost变换器控制和后级并网逆变器控制，前级Boost变换器采用恒定电压控制法；后级并网逆变器控制采用功率下垂控制法。所述恒定电压控制法采用直流电压外环、电流内环的双闭环控制方式，直流电压外环负责维持直流母线电压恒定和输出光伏组件电流指令，电流内环用来加快系统响应速度且限制光伏组件输出电流；在直流电压外环、电流内环的双闭环控制作用下，前级Boost变换器进入稳态运行，直流母线电压Udc维持不变。所述后级并网逆变器控制采用功率下垂控制法，它利用频率下垂控制模拟传统同步发电机一次调频过程，由功频外环、电流内环的双闭环组成；在不考虑无功功率对系统影响的情况下，只采用电流内环控制；在有功部分先利用频率下垂控制模拟传统同步发电机一次调频过程，频率下垂环的输出Pω叠加到有功给定P0上，响应系统有功功率的输出，功率控制环的输出又作为电感电流内环的给定，电流内环加速系统响应速度，且通过限流来保证逆变器安全运行。所述采用电流内环控制的方法为：单相并网逆变器的给定电流Iref与经过滤波器后的并网输出电流Io进行做差运算，将所获得的偏差信号送入QPCI控制器进行调节，再将QPCI控制器输出的信号作为调制波信号送入SPWM生成模块，最后生成两对互补带死区且相位相差180的PWM驱动信号。所述QPCI控制器进行调节的方法为：构造三相或者两相静止坐标系，利用延时来虚拟三相静止坐标系或者两相静止坐标系，把单相电流误差信号转化成三相幅值相等且相位互差120的偏差信号。本专利技术有益效果：本专利技术采用基于QPCI控制，使得系统的输出量在QPCI控制下跟随参考量，基本不受扰动量的影响；采用虚拟两相ab坐标系QPCI控制或全通滤波器实现QPCI控制减少坐标变换运算，使得控制结构简单、易于实现；同时提高并网电流的动稳态响应速度；解决了现有技术PCI控制在基频附近存在稳态误差及并网电流的动稳态响应速度慢等问题。附图说明图1为单相光伏并网发电系统的结构框图；图2为前级Boost变换器控制框图；图3为后级并网逆变器控制框图；图4为单相并网逆变器的控制原理图；图5为单相并网逆变器的电流环控制结构；图6为虚拟三相abc坐标系QPCI控制框图；图7为虚拟两相ab坐标系QPCI控制框图；图8为全通滤波器幅频特性曲线；图9为利用全通滤波器实现QPCI控制框图；图10-a为虚拟坐标系实现单相QPCI控制的电流暂态仿真波形；图10-b为全通滤波器实现单相QPCI控制的电流暂态仿真波形；图11为单相并网电流稳态仿真波形；图12为单相并网电流暂态实验波形；图13为单相并网电流稳态实验波形；图14为检测电路的电路原理图。具体实施方式参照附图1所示，本专利技术中的光伏并网发电系统由功率单元和控制单元两部分组成。具体地，在系统的功率部分，单相光伏并网发电系统由光伏组件，前级Boost变换器和后级并网逆变器组成。所述的的光伏组件由5并10串的光伏板（型号为：SuntechPowerSTP200-18-UB-1）组成，其最大功率输出为10kW。所述的前级Boost变换器将光伏输出的电压升高至后级并网逆变器正常工作的范围，同时对光伏组件进行最大功率跟踪控制。所述的后级并网逆变器将光伏组件和前级Boost变换器输出的直流电转换交流电。光伏组件的输出端接前级Boost变换器的输入端，而前级Boost变换器的输出端经过直流母线接后级并网逆变器的输入端，后级并网逆变器的输出端接滤波电感后，向电网注入功率。在系统的控制单元部分，由DSP控制系统模块、检测模块和驱动模块组成。所述的DSP控制系统单元由PWM模块、AD模块、控制算法模块和保护模块组成，其属于DSP的内部单元，具体地，PWM模块和AD模块都是DSP中的硬件模块，而控制算法模块是DSP中执行的程序部分。具体地，参照附图14，所述检测电路具体包括与直流电压连接的霍尔电压传感器VSM025A、与直流电流连接的霍尔直流电流传感器HDC-10SY、与交流电流连接的交流电流互感器HX-10-P以及与交流电压连接的交流电压互感器DL-PT202H，且所述霍尔电压电流传感器、交流电压电流互感器与DSP控制系统中的AD模块相连。，所述的检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相光伏并网发电系统，用于两级式单相光伏并网发电系统；包括功率单元和控制单元两部分，功率单元与控制单元通过导线连接；其特征在于：所述功率单元包括光伏组件、前级Boost变换器以及后级并网逆变器，所述前级Boost变换器的输入端和输出端分别与所述光伏组件与前级Boost变换器输入端连接；前级Boost变换器输出端与后级并网逆变器输入端连接，所述后级并网逆变器输出端通过滤波电感后与电网连接；所述控制单元分别与所述前级Boost变换器以及后级并网逆变器连接，用于分别控制前级Boost变换器以及后级并网逆变器。

【技术特征摘要】
1.一种单相光伏并网发电系统，用于两级式单相光伏并网发电系统；包括功率单元和控制单元两部分，功率单元与控制单元通过导线连接；其特征在于：所述功率单元包括光伏组件、前级Boost变换器以及后级并网逆变器，所述前级Boost变换器的输入端和输出端分别与所述光伏组件与前级Boost变换器输入端连接；前级Boost变换器输出端与后级并网逆变器输入端连接，所述后级并网逆变器输出端通过滤波电感后与电网连接；所述控制单元分别与所述前级Boost变换器以及后级并网逆变器连接，用于分别控制前级Boost变换器以及后级并网逆变器。2.根据权利要求1所述的一种单相光伏并网发电系统，其特征在于：所述控制单元包括DSP控制系统、检测电路和驱动电路；DSP控制系统分别与检测电路和驱动电路连接。3.根据权利要求2所述的一种单相光伏并网发电系统，其特征在于：所述检测电路具体包括与直流电压霍尔传感器连接的直流电压采样电路、与直流电流霍尔传感器连接的直流电流采样电路、与交流电流互感器连接的交流电流采样电路以及与交流电压互感器连接的交流电压采样电路，且所述直流电压采样电路、直流电流采样电路、交流电流采样电路以及交流电压采样电路分别与DSP控制系统中的AD模块相连。4.根据权利要求2所述的一种单相光伏并网发电系统，其特征在于：所述驱动电路采用隔离电源和HLP3120驱动芯片组成，所述隔离电源用于给HLP3120驱动芯片供电，用来控制后级并网逆变器的开关管。5.一种通过如权利要求1-4任一所述的单相光伏并网发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：前级Boost变换器控制和后级并网逆变器控制，所述前级Boost...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素娥，吴永斌，郝鹏飞，周超红，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61