[发明专利]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

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的一种无直流电压传感器的两级三相光伏并网系统，其特征在于所述的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P_max；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P_max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S1、S2、S3、S4、S5、S6。

3.一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P_max经三相均匀分配后一起提供并网电流参考幅值i_xref(x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i_x紧密地跟踪电流参考值i_xref，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。

4.根据权利要求3所述的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，其特征在于所述的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ΔD₁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n时刻测量PV电流值i_pv(n)，输入单片机；

ii)单片机在得到i_pv(n)以及上一时刻PV电流值i_pv(n-1)的条件下，计算两时刻之间的变化量Δi_pv(n)＝i_pv(n)-i_pv(n-1)；

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n时刻步长变化系数K_n＝f(i_pv(n)，Δi_pv(n)，ΔD_(n-1)，D_n)；

iv)单片机计算n时刻步长ΔD_(n)＝-K_nΔD_(n-1)；

V)若|ΔD_(n)|＞ε，则(n+1)时刻占空比变为D_(n+1)＝D_(n)+ΔD_(n)，重复i)-v)操作步骤；

Vi)若|ΔD_(n)|≤ε，保存此时直流电流传感器测量到的PV电流值i_pvmax，即PV在MPP处电流值；停止搜索，即固定占空比不变，并监测直流电流传感器测量得到的PV电流值，直到其与保存的PV电流值的差值大于门槛值δ，启动新一轮MPPT；

第四步，直流电流传感器测量获取的PV电流值与获取的PV在MPP处电流参考值比较得差信号，经PI控制环节放大后与20kHz三角载波信号比较，输出PWM开关信号控制Boost电路开关管S，使PV实际电流值精确地跟踪MPP点的参考电流值，当停止搜索时PV输出最大功率P_max。

第五步，保存此时直流电流传感器测量到的PV电流值，即PV在MPP处电流值；

第六步，监测直流电流传感器测量得到的PV电流值，当其与保存的PV电流值的差值大于门槛值δ，启动新一轮MPPT，再次到|ΔD_(n)|≤ε时停止搜索，并更新此时直流电流传感器测量到的PV电流值。

5.根据权利要求3所述的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，其特征在于所述的逆变控制的具体步骤如下：

第一步，使用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以及逆变器并网三相电流，一起输入单片机；

第二步，幅值计算环节(采用传统三相锁相环)计算电网电压的幅值；

第三步，把输入的P_max平衡分配得到三相并网电流参考幅值：

为三相电网各相电压幅值；

第四步，基于直流链电压稳定所需的PI环节产生的电流补偿值，对第三步计算得到的三相并网电流参考幅值进行修正，其中直流链电压实时值由下式估算出：

Udclink=2U^ac/M]]>

式中M为幅值调制比，其值等于归一化后调制信号幅值，为并网处电网电压幅值；

第五步，三相锁相环计算三相电网电压的频率和相角信息；

第六步，修正后的三相并网电流参考幅值与频率和相角信息一起，提供并网电流参考值i_xref(x取a，b，c)；

第七步，将交流电流传感器测量得到的三相并网电流i_x(x取a，b，c)与i_xref比较，其差信号经PI控制环节放大得到PWM调制信号，与20kHz三角载波比较得到逆变桥(S₁-S₆)开关信号，实现i_x紧密地跟踪i_xref。