【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种单级式光伏逆变器高电压穿越方法，属于交直流变换器优化控制。
技术介绍
1、单级式光伏逆变器相较于传统的两级式光伏逆变器，具有结构简单、工作效率高、系统体积紧凑、制造成本低等突出优点。凭借这些技术优势，单级式光伏逆变器及系统在市场中所占比例逐渐升高，并且在分布式发电、光伏就地支援、直流配用电系统等应用中被认为是极具发展前景的拓扑结构。但是，在单级式光伏逆变器系统工作时，光照或温度发生变化会引起光伏系统输出功率的不断波动。为了最大限度利用光伏系统发出的功率，最大功率点追踪控制(maximum power point tracking,mppt)将对直流侧电压进行调节。与传统的两级式光伏系统不同，单级式光伏系统的直流侧电压并不是固定值，这导致电网电压暂升时可能产生过调制问题，难以完成高电压穿越，最终造成波形畸变。
2、目前国内外研究对上述问题关注较少，对单级式光伏逆变器系统的过调制风险评估判据多直接采用两级式光伏逆变器系统的调制比计算方法。然而，现有方法存在缺陷，如直流侧电压的设定未考虑光照强度及相应最大功率点追踪方法对直流电压的影响，未考虑电网电压暂升时的高电压穿越问题。修改主电路拓扑和添加辅助电路的方法不仅会增加功率损耗，还会增加成本和设计复杂性。此外，现有对单级式光伏逆变器系统高电压穿越问题的研究大多基于比例-积分控制，动态响应速度不足，无法对电网电压暂升进行及时响应。这些问题已成为限制单级式逆变器在光伏系统并网中应用的瓶颈。
技术实现思路
1、针对上
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种单级式光伏逆变器高电压穿越方法，通过单级式光伏逆变器的控制系统实现，控制系统包括最大功率点追踪控制器、附加控制器和功率控制系统，最大功率点追踪控制器计算参考电压umppt，附加控制器根据系统参数(角频率ω、并网滤波器的电阻值rf及并网滤波器的电感值lf等)与测量得到的电网电压幅值upeak、光伏系统输出功率的瞬时值ppv计算不发生过调制所需的直流电压的最小值umin，umin即为单级式光伏逆变器系统高电压穿越所需直流电压的最小值；
4、将umin与umppt进行比较，当umppt大于等于umin时，单级式光伏逆变器以最大功率跟踪模式运行，即将umppt作为直流电压参考值uref；电网发生电压暂升时，umin增大，当umppt小于umin时，单级式光伏逆变器从最大功率跟踪模式切换为高电压穿越模式，即将umin替代umppt作为直流电压参考值uref，以实现单级式光伏逆变器在电网电压暂升条件下的耐受运行；
5、功率控制系统根据输出电流i、直流电压ucap和输出功率p对应的参考值和预测值控制主电路。
6、优选的，最大功率点追踪控制器中，输入光伏阵列的输出电压upv和输出电流ipv，进而计算出光伏输出的瞬时功率ppv，计算方法为：
7、ppv＝upvipv (1)
8、当前时刻光伏输出的瞬时功率ppv将与上一采样周期的瞬时值p(k-1)进行比较，比较结果根据扰动观察法产生下一采样周期的参考电压umppt。
9、优选的，附加控制器计算所得的umin为：
10、
11、其中，ω为角频率，rf为并网滤波器的电阻值，lf为并网滤波器的电感值。
12、优选的，umin的推导过程为：
13、s1：以abc三相电压中的a相为例，根据公式(2)网侧电压瞬时测量值uga的表达式，将光伏输出的瞬时功率ppv进行代入，推导出交流电流iga瞬时值的表达式；
14、uga(t)＝upeakcosωt (2)
15、
16、式中，t代表当前时刻时间，upeak代表测量得到的电网电压幅值，ω代表角频率，pa代表a相瞬时有功功率；
17、s2：基于基尔霍夫定律，推导单级式光伏逆变器输出端口电动势ea与网侧交流电流之间的关系；
18、
19、式中，rf为并网滤波器的电阻值，lf为并网滤波器的电感值；
20、将式(3)代入式(4)，得
21、ea(t)＝acosωt+bsinωt (5)
22、式中，
23、
24、将式(5)改写成余弦函数的形式，得
25、
26、式中，
27、
28、s3：计算调制比m的值，采用基于三相三电平二极管中性点箝位式拓扑的空间电压矢量脉宽调制技术，其调制比计算公式可表示为：
29、
30、式中，udc代表单级式光伏逆变器直流侧电压；
31、根据调制比计算公式(9)，代入式(5)-式(8)，可得到不发生过调制所需的直流电压的最小值umin：
32、
33、优选的，功率控制系统对输出电流i、直流电压ucap以及输出功率p进行控制，其中，输出电流i的参考值由参考值计算器根据光伏系统输出功率的瞬时值ppv与网侧电压ug计算得到；直流电压ucap的参考值uref为最大功率点追踪控制器输出结果umppt与附加控制器输出结果umin之间的较大值；输出功率p的参考值为光伏系统输出功率的瞬时值ppv；同时，预测值计算器将根据当前时刻逆变器输出电流瞬时测量值io与当前时刻逆变器输出电压瞬时测量值eo计算下一采样周期的输出电流、直流电压、输出功率的预测值；
34、之后，将输出电流预测值与电流参考值、直流电压预测值与直流电压参考值，以及输出功率预测值与输出功率参考值进行作差，即得到三种控制目标的误差值；
35、三种控制目标的误差值将乘以权重因子后带入模型预测控制模块中的价值函数，其中，权重因子根据系统参数及控制响应需求进行整定，控制目标的优先级越高，权重因子越大，模型预测控制模块中的价值函数可表示为j＝f(i,ucap,p)，其中，f(i,ucap,p)代表输出电流、直流电压、输出功率三种控制目标的误差值乘以权重因子后进行相加的数学表达式，j为价值函数的计算值，价值函数最小值jmin所对应的开关状态将作为绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar translator，igbt)触发信号，用于触发主电路中的绝缘栅门极晶体管(gbt)。
36、本专利技术中，当使用所提的单级式光伏变换器在电网电压暂升条件下的运行方法时，附加控制器将根据角频率ω、电感l、电阻r等系统参数与测量得到的电网电压幅值upeak、光伏系统输出功率的瞬时值ppv计算不会引发过调制所需直流电压的最小值umin，该值即为单级式光伏逆变器系统高电压穿越所需直流电压的最小值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，通过单级式光伏逆变器的控制系统实现，控制系统包括最大功率点追踪控制器、附加控制器和功率控制系统，最大功率点追踪控制器计算参考电压UMPPT，附加控制器根据系统参数与测量得到的电网电压幅值Upeak、光伏系统输出功率的瞬时值PPV计算不发生过调制所需的直流电压的最小值Umin，Umin即为单级式光伏逆变器系统高电压穿越所需直流电压的最小值；
2.根据权利要求1所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，最大功率点追踪控制器中，输入光伏阵列的输出电压UPV和输出电流IPV，进而计算出光伏输出的瞬时功率PPV，计算方法为：
3.根据权利要求2所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，附加控制器计算所得的Umin为：
4.根据权利要求3所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，Umin的推导过程为：
5.根据权利要求4所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，功率控制系统对输出电流i、直流电压Ucap以及输出功率P进行控制，其中，输出电流i的参考值由参考值计算
...【技术特征摘要】
1.一种单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，通过单级式光伏逆变器的控制系统实现，控制系统包括最大功率点追踪控制器、附加控制器和功率控制系统，最大功率点追踪控制器计算参考电压umppt，附加控制器根据系统参数与测量得到的电网电压幅值upeak、光伏系统输出功率的瞬时值ppv计算不发生过调制所需的直流电压的最小值umin，umin即为单级式光伏逆变器系统高电压穿越所需直流电压的最小值；
2.根据权利要求1所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，最大功率点追踪控制器中，输入光伏阵列的输出电压upv和输出电流ipv，进而计算出光伏输出的瞬时功率ppv，计算方法为：
3.根据权利要求2所述的单级式光伏逆变器高电压穿越方法，其特征在于，附加控制器计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：李可军，郭忠霖，刘智杰，宋苑宗，李钰传，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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