[发明专利]直流侧无电压传感器控制策略的两级单相光伏并网系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流侧无电压传感器的两级单相光伏并网系统及控制方法。 

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。由于受环境影响，光伏发电输出具有随机性和间歇性，需要对光伏电池实施最大功率追踪控制，同时系统供电可靠性受到很大影响，因而光伏发电有效运行方式是并入公共电网发电或带蓄电池来调节电能。 

光伏并网系统一般采用单级或两级式拓扑结构的逆变器。逆变器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。因此单级拓扑逆变器对光伏电池(PV)电压有较高要求，且PV受低频谐波影响较大，会降低最大功率追踪(MPPT)性能；两级拓扑逆变器在单级逆变器前增加一级直流升压(Boost)电路来扩宽PV电压范围以及实施MPPT，同时降低低频谐波对PV影响，提升MPPT性能。 

光伏并网逆变器传统上采用传感器直接测量直流链电压，并同直流链电压预设值进行比较后经比利积分(PI)控制环节放大后控制其跟随预设值变化。同时常用MPPT算法需要直流传感器分别对光伏电池输出电压、电流进行测量，然后在Boost电路实施MPPT。传感器使用较多，增加了光伏并网系统建设成本和体积，降低了系统可靠性。 

传统两级单相光伏并网系统电路及控制原理如图1所示，系统由光伏电池阵列、boost升压电路、控制器、逆变电路组成。各部分功能作用简单介绍如下： 

光伏电池阵列由若干光伏电池通过串、并联方式组合而成，是系统电能的输入来源； 

Boost升压电路主要把前级光伏电池阵列输入的不稳定电压提升到后级逆变电路需要的范围，同时承担光伏电池阵列MPPT功能； 

控制器分为前级MPPT控制和后级逆变控制两部分。MPPT控制在PV实时输入电压和电流条件下，通过软件算法得到PV输出最大功率点(MPP)的输出电流参考，然后与流经电感电流负反馈后经PI控制放大后控制boost电路开关，从而使电感电流实时精确地跟踪输出MPP点的电流，从而得到PV最大功率。后级逆变控制器需要输入并网处电压以及并网电流，通过锁相环和幅值计算模块计算得到并网电压的相角和幅值，然后结合MPPT控制计算的PV最大功率，得到并网电流幅值参考信号，然后与维持直流链电压稳定的补偿电流幅值结合得到实际输出电流参考幅值，从而使逆变电路在控制器的控制下完成把直流链输送来的直流电逆变成同电网同步的交流电。 

由电路原理可见，交流侧分别需要1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输出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输出电流传感器和流经电感电流传感器。 

由上可见，除了并网必须的交流电压、电流传感器外，传统两级单相光伏并网系统中直流传感器使用较多，增加了光伏并网系统建设成本和体积，降低了系统可靠性。 

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种直流侧无电压传感器的两级单相光伏并网系统及控制方法，它结构简化，有效降低了设备成本和体积，提高了系统的可靠性。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种直流侧无电压传感器控制策略的两级单相光伏并网系统，它包括若干光伏电池组成的光伏电池阵列、直流升压电路、最大功率追踪控制器、三相逆变桥、逆变控制器及外围电路，所述光伏电池阵列的输出端仅设有测量光伏电池阵列电流的电感电流传感器。 

所述最大功率追踪控制器检测光伏电池阵列电流值及后级的逆变控制器输出的调制宽度值M；最大功率追踪控制器有三路输出，第一路输出PWM信号去控制Boost电路开关S，第二路输出光伏电池阵列的最大追踪功率P_max以及第三路输出计算得到的Boost电路占空比d。 

所述逆变控制器输入端与一个交流电压传感器和一个交流电流传感器连接，它们分别测量并网处电压u_g和并网电流i_g；输入端还与最大功率追踪控制器输出端及Boost电路输出端连接，分别接收最大追踪功率P_max、占空比d；输出端有五路，其中四路PWM信号去分别控制三相逆变桥开关S₁、S₂、S₃、S₄，以及第五路输出经逆变控制器得到的调制宽度值M。