[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

说明书

技术领域：

本发明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，属于太阳能光伏发电技术领域。

背景技术：

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u_pv和电流i_pv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i_L进行测量，输出的电流参考值与测量得到的电流值i_L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i_L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P_max。

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e_x(x取a，b，c)及逆变器的三相并网电流i_x(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e_x的相角和幅值，然后把MPPT控制器输出的PV最大功率P_max，平衡分配到三相电网得到三相电流参考幅值，同时用直流电压传感器测量直流链电压值u_dclink，测量得到的电压值u_dclink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i_xref(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i_xref与电网电压同步。将交流电流传感器测量得到的电流i_x(x取a，b，c)与电流参考值i_xref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。