一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法及系统，该方法包括下述步骤：以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；采用内模原理构建控制器的增强系统；采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围；将控制量输入到控制器，控制器根据控制器参数的调节范围计算逆变器的输入信号，改变SPWM驱动信号的占空比。本发明专利技术实现逆变器输出端LC滤波器参数的补偿，解决了逆变器输出电压包含谐波和偏差问题，达到提高单相光伏并网逆变器瞬态响应速度的效果。

A method and system of voltage tracking and harmonic suppression for photovoltaic inverter system

【技术实现步骤摘要】
一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法及系统
本专利技术涉及逆变器输出电压控制
，具体涉及一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法及系统。
技术介绍
以太阳能和风能为主导的可再生能源正在得到越来越广泛的应用，如此广泛的应用领域对太阳能发电系统的输出电压提出了很高的要求，但是由于单相光伏并网逆变器的开关器件固有的开关特性，导致单相光伏并网逆变器在长期使用时存在逆变器输出电压包含谐波和电压偏差问题。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法及系统，实现逆变器输出端LC滤波器参数的虚拟补偿，减少逆变器输出电压的谐波，提高电源的电能质量，达到提高单相光伏并网逆变器鲁棒性和瞬态响应速度的效果。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，包括下述步骤：以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量e(t)，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；采用内模原理构建控制器的增强系统；采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围；将控制量e(t)输入到控制器，控制器根据所述控制器参数的调节范围计算逆变器的输入信号u(t)，改变SPWM驱动信号的占空比。作为优选的技术方案，所述建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型，所述光伏并网逆变器线性时不变系统模型具体公式为：<br>其中，x(t)为状态变量，u(t)为控制输入，e(t)为跟踪误差，A、B、C分别为系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，E为信号v(t)的系数矩阵，L为滤波器电感值，C为滤波器电容值。作为优选的技术方案，所述采用内模原理构建控制器的增强系统，具体步骤包括：在逆变器的输入信号u(t)中引入西尔维斯特方程，表示为：T(w)Φ(w)-MT(w)＝NΨ其中，M为赫尔维茨矩阵，N为满足西尔维斯特方程的矩阵；引入内模原理框架，表示为：其中，η表示状态变量，u表示增强系统的输入；引入降阶输入滤波器，表示为：得到增强系统的输入为：其中，x1表示增强系统的状态变量，k1,k2均为正数。作为优选的技术方案，所述采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围，具体计算公式为：b＝C-1L-1Vs其中，ε1，ε2，k1,k2均为正数，P表示正定对称矩阵，a21，a22由线性时不变系统矩阵A给出，M表示赫尔维茨矩阵，N为满足西尔维斯特方程的矩阵,Ψ＝[10…0]；k1、k2和λ均为控制器的参数。作为优选的技术方案，所述控制器根据所述调节范围计算逆变器的输入信号u(t)，改变SPWM驱动信号的占空比，具体计算步骤包括：获取所述控制器参数的调节范围，确定控制器的增强系统，得到控制器的配置参数λ、k1、k2；设置正弦电压发生器的离散时间模型以及内模滤波器；采用一阶滤波器估算输出电压的测量值；计算单个周期内的三角载波在采样时间tk处的值，组成一个数列；计算在tk时刻的控制值；控制信号归一化，生成调制信号vm(tk)，调制信号幅值范围在[0,1]之间；确定比较时刻q(tk)以及相位φ(tk)：φ(tk)＝mod(ωtk,2π)；控制信号与三角载波信号进行比较，并判断信号极性，所述比较条件为：vm(tk)＞uca[q(tk)]；所述判断条件为：φ(tk)＜＝π且u(t)＞0；最后输出SPWM驱动信号。本专利技术还提供一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的系统，包括：光伏并网逆变器线性时不变系统模型构建模块、增强系统构建模块、控制器参数范围调节模块和SPWM驱动信号输出模块，所述光伏并网逆变器线性时不变系统模型构建模块用于以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量e(t)，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；所述增强系统构建模块采用内模原理构建控制器的增强系统；所述控制器参数范围调节模块采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围；所述SPWM驱动信号输出模块用于将控制量e(t)输入到控制器，控制器根据所述控制器参数的调节范围计算逆变器的输入信号u(t)，改变SPWM驱动信号的占空比。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术实现逆变器输出端LC滤波器参数的补偿，解决了逆变器输出电压包含谐波和偏差问题，达到提高单相光伏并网逆变器瞬态响应速度的效果。(2)本专利技术采用动态改变逆变桥开关管的SPWM调制信号占空比的技术方案，解决了系统抗干扰能力不强问题，达到了提高单相光伏并网逆变器鲁棒性的效果。附图说明图1为本实施例光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法的流程示意图。图2为本实施例单相光伏并网逆变器基本电路图；图3为本实施例控制器参数选择的流程示意图；图4为本实施例控制器调节SPWM信号的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例本实施例提供一种光伏并网逆变器系统电压跟踪和谐波抑制方法，包括下述步骤：S1：以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型具体步骤为：采集逆变器输出电压v0，并与参考的输出电压比较得到电压误差e(t)，作为并网逆变器系统的控制量；如图1所示，基于图中的单相光伏并网逆变器，建立单相光伏并网逆变器系统的状态空间模型：其中，k＝0,1,2…，L为滤波器电感值，C为滤波器电容值，Vs为直流输入电压幅值，v0(t)为负载端输出电压，i0(t)为负载电流，iL(t)为电感电流，r为电感电阻，S*(t)为全桥开关信号，fS为开关频率，d(tk)为可变占空比，且由于信号S*(t)为非光滑时间连续函数，导致上面建立的系统模型不易于分析；经过傅里叶变换，逆变器全桥输出周期性方波电压S*(t)Vs可以变换为一系列光滑时间连续的正弦函数的叠加：va＝m*Vs，0＜m≤1其中，m为调制深度，ud(t)为谐波部分电压，vm(t)为电压调制波，w,分别为输出电压的角频率和初始相位，Va为基波电压幅值，Vn为奇数次电压谐波幅值，Vs为直流电压幅值；由此可以得到时间连续的平均电压系统模型(模型中的参数在以上步骤中已给出):取负载端参考的输出电压：其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，其特征在于，包括下述步骤：/n以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量e(t)，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；/n采用内模原理构建控制器的增强系统；/n采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围；/n将控制量e(t)输入到控制器，控制器根据所述控制器参数的调节范围计算逆变器的输入信号u(t)，改变SPWM驱动信号的占空比。/n

【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，其特征在于，包括下述步骤：
以光伏并网逆变器输出电压和参考的输出电压之间的误差为控制量e(t)，建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型；
采用内模原理构建控制器的增强系统；
采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围；
将控制量e(t)输入到控制器，控制器根据所述控制器参数的调节范围计算逆变器的输入信号u(t)，改变SPWM驱动信号的占空比。


2.根据权利要求1所述的光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，其特征在于，所述建立光伏并网逆变器线性时不变系统模型，所述光伏并网逆变器线性时不变系统模型具体公式为：




C＝[10]






其中，x(t)为状态变量，u(t)为控制输入，e(t)为跟踪误差，A、B、C分别为系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，E为信号v(t)的系数矩阵，L为滤波器电感值，C为滤波器电容值。


3.根据权利要求1所述的光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，其特征在于，所述采用内模原理构建控制器的增强系统，具体步骤包括：
在逆变器的输入信号u(t)中引入西尔维斯特方程，表示为：
T(w)Φ(w)-MT(w)＝NΨ
其中，M为赫尔维茨矩阵，N为满足西尔维斯特方程的矩阵；
引入内模原理框架，表示为：



其中，η表示状态变量，u表示增强系统的输入；
引入降阶输入滤波器，表示为：






得到增强系统的输入为：



其中，x1表示增强系统的状态变量，k1，k2均为正数。


4.根据权利要求1所述的光伏逆变器系统电压跟踪和谐波抑制的方法，其特征在于，所述采用李雅普诺夫稳定性判别方法计算控制器参数的调节范围，具体计算公式为：









b＝C-1L-...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭云建，王腾飞，孙伟杰，康睿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44