本发明专利技术涉及一种无直流电压传感器的两级三相光伏并网系统及控制方法，该系统包括光伏电池阵列PV，Boost电路、逆变电路、MPPT控制器和逆变控制器，所述PV输出端仅设有一个电流传感器，该方法的MPPT控制采用直流电流传感器测量PV电流，基于Boost电路中PV电压与占空比d的对应关系，通过d参与计算并控制PV工作在MPP处；逆变控制基于直流链电压与调制信号幅值对应关系，利用调制信号幅值实时预测直流链电压值，并引入直流链归一化系数，与最大功率Pmax经三相均匀分配后一起提供并网电流参考幅值ixref，经后续PI控制环节放大后与三角载波信号比较后输出PWM信号控制逆变电路开关，来保证实际输出电流ix紧密地跟踪电流参考值ixref，同时其频率与相角与并网处电网电压频率和相角相同，本发明专利技术可有效减少系统体积，降低建设成本，提高系统的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于太 阳能光伏发电
技术介绍
目前广泛应用的新能源分布式发电中，太阳能由于其能量来源不枯竭而是最受欢 迎新能源之一，具有很好发展前景。但太阳能光伏发电易受自然环境的影响，具有很强的 随机性和间歇性，即系统输出电能随着时间的不同会有较大的变化甚至在短时间内发生波 动，系统供电可靠性受到很大影响，因而太阳能光伏发电有效运行方式为并入公共电网发 电或带蓄电池发电。光伏并网系统一般采用单级或两级式拓扑结构的逆变器，由于其对直流链电压范 围有一定要求，电压过低会导致逆变失败，过高则会增加开关器件的电压应力。光伏电池 (PV)输出电压一般较低，为了提升电压，较多的并网逆变器采用两级式拓扑结构，即在光伏 电池与逆变电路之间增加一级直流升压变换(Boost)电路，由Boost电路实施最大功率追 踪(MPPT)及提升PV电压；后级逆变电路产生与电网同步的正弦波输出，同时配合控制电路 对直流链(链接Boost输出直流和逆变器输入直流)电压进行稳定控制。传统直流链电压控制直接使用一个电压传感器测量获取直流链电压值，然后同直 流链电压预设值比较，经比例积分(PI)控制器放大后再与逆变电路联合调节并网电流，从 而维持直流链电压稳定。而传统MPPT算法主要集中在扰动观察法和电导增量法以及在其 基础上进行完善的各种改进方法。MPPT算法需要直流传感器分别对PV电压、电流进行测 量。传统两级三相光伏并网系统电路及控制原理如附图说明图1所示，系统由PV阵列、Boost电 路、逆变电路、MPPT控制器和逆变控制器组成。各部分功能作用介绍如下PV阵列由若干PV通过串、并联方式组合而成，是系统电能的输入来源；Boost电路主要把PV阵列输入的不稳定电压提升到后级逆变电路需要的范围，同 时在MPPT控制器的控制下承担对PV阵列实施MPPT功能；逆变电路在逆变控制器的控制下把直流链输送来的直流电逆变成同电网同步的 交流电。控制器分为MPPT控制器和逆变控制器MPPT控制器使用直流电压传感器和直流电流传感器分别对PV阵列电压Upv和电 流ipv实时测量，通过程序软件计算得到PV最大功率点(MPP)的输出电流参考值，同时利用 直流电流传感器对流经电感L的电流k进行测量，输出的电流参考值与测量得到的电流值 k进行比较后，经PI控制环节放大再与三角载波比较产生脉宽调制(PWM)开关信号，控制 Boost电路开关S，从而电感电流k实时精确地跟踪最大功率点电流参考值，PV工作在MPP， 输出最大功率Pmax。逆变控制器使用三个交流电压传感器以及三个交流电流传感器分别测量并网处 三相电网电压 &取3，b，c)及逆变器的三相并网电流ix(x取a，b，c)，通过锁相环和幅 值计算环节计算得到并网电压ex的相角和幅值，然后把MPPT控制器输出的PV最大功率 P_，平衡分配到H相电网得到H相电流参考幅值，同时用直流电压传感器测量直流链电压 值^elink,测量得到的电压值Udelink与设定值之差信号经PI控制环节产生维持直流链电压稳 定的补偿电流值，对之前得到的三相电流参考幅值修正后得到逆变器并网电流参考幅值。 再根据锁相环计算得到的电压相位与频率可以产生参考交流电流参考值‘ef(x取a，b，c)。 在小型新能源发电系统中，逆变器一般不承担调节无功的作用，因此iXMf与电网电压同步。 将交流电流传感器测量得到的电流ix(x取a，b，c)与电流参考值ixref比较并经PI控制环 节放大，然后与三角载波比较后得到逆变桥开关(S1-S6)正弦脉宽开关信号。由系统工作原理可知，交流侧分别需要3个交流电压和交流电流传感器。其直流侧传感器如下直流电压传感器2个，分别是PV电压传感器和直流链电压传感器；直流电流传感器2个，分别是PV电流传感器和电感L电流传感器。由上可见，除了并网必须的交流电压、电流传感器外，传统两级三相光伏并网系统 中直流传感器使用较多，不仅增加了系统体积，加大建设成本，而且降低系统可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种无直流电压传感器的两 级三相光伏并网系统及控制方法，它可有效减少系统体积，降低建设成本，提高系统的可靠 性。本专利技术的目的可以通过如下措施来达到一种无直流电压传感器的两级三相光伏 并网系统，其包括光伏电池阵列PV，Boost电路、逆变电路、MPPT控制器和逆变控制器，其特 征在于所述的光伏电池阵列PV输出端仅设有一个直流电流传感器。为了进一步实现本专利技术的目的，所述的MPPT控制器在单片机的基础上实现，其有 一路输入，即直流电流传感器检测PV电流值输入；有两路输出，一路输出PWM信号去控制 Boost电路开关S，另一路输出PV的最大追踪功率Pmax ；逆变控制器也在单片机的基础上实 现，其有7路输入，即3个交流电压传感器和3个交流电流传感器分别测量并网处三相电网 电压及逆变器的三相并网电流的检测值输入和MPPT控制器输出的PV的最大追踪功率Pmax 输入；有6路输出，即6路PWM信号去分别控制三相逆变桥开关Si、S2、S3、S4、S5、S6。一种无直流电压传感器控制策略的两级三相光伏并网系统的控制方法，其包括前 级MPPT控制以及后级逆变控制，其特征在于所述的前级MPPT控制仅需要1个直流电流传 感器测量PV电流，然后基于Boost电路中PV电压与占空比d的对应关系，通过d参与计算 并控制PV工作在MPP处；所述的后级逆变控制基于直流链电压与调制信号幅值对应关系， 利用调制信号幅值实时预测直流链电压值，并引入直流链归一化系数取代传统控制中直流 链电压设定值，与MPPT控制器提供的最大功率Pmax经三相均勻分配后一起提供并网电流参 考幅值‘ef (χ取a，b，c)，经后续PI控制环节放大后与20kHz三角载波信号比较后输出PWM 信号控制逆变电路开关(S1-S6)，来保证实际输出电流ix紧密地跟踪电流参考值ixref，同时 其频率与相角与并网处电网电压频率和相角相同，实现光伏系统单位功率因素并网。5为了进一步实现本专利技术的目的，所述的MPPT控制的具体步骤如下第一步，MPPT控制器内单片机初始化，即初始占空比D1值，初始扰动步长AD1值， 以及初始搜索启动电流变化门槛值δ以及终止搜索值ε ；第二步，使用直流电流传感器对PV电流值采样，并输入单片机；第三步，执行开机MPPT (即第一次最大功率搜索，无条件启动)，控制器单片机内 含的MPPT算法程序，利用Boost脉宽开关信号占空比D与PV电压的关系，在直流电流传感 器测量输入PV电流条件下，通过软件算法循环搜索逼近得到PV在MPP处电流参考值，算法 流程如下i)直流电流传感器在η时刻测量PV电流值ipv(n)，输入单片机；ii)单片机在得到ipv(n)以及上一时刻PV电流值ipv(n_D的条件下，计算两时刻之间的变化量 Δ ipv(n) = ipv(n)-Ipvin-D ；iii)单片机依据保存的前面时刻Boost电路占空比D以及其变化步长，来计算η 时刻步长变化系数 Kn= f(ipv(n)，Aipvfc)，AD(n_D，Dn)；iv)单片机计算η时刻步长Δ D(n) = _ΚηΔ Dilri)；ν)若 I Δ D(n) I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无直流电压传感器的两级三相光伏并网系统，其包括光伏电池阵列ＰＶ，Ｂｏｏｓｔ电路、逆变电路、ＭＰＰＴ控制器和逆变控制器，其特征在于所述的光伏电池阵列ＰＶ输出端仅设有一个直流电流传感器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，高厚磊，袁建华，季笑庆，王邦惠，柳成华，刘东明，康凯，王玥婷，鲍忠伟，张颖，
申请(专利权)人：山东电力集团公司烟台供电公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：37
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