[发明专利]电压不平衡下太阳能发电系统逆变器无差拍控制方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种电压不平衡下太阳能发电系统逆变器无差拍控制方法，属于电力电子功率变换装置控制领域。

背景技术

太阳能发电系统中光伏阵列经功率逆变器与电网相连，电网电压不平衡时功率逆变器特别是电逆变器的控制效果直接影响太阳能发电系统的性能与效率。不平衡电网电压将造成逆变器的网侧电流畸变、直流电压产生二倍频波动，这将影响光伏阵列侧逆变器的控制性能，进而影响太阳能发电系统的运行状态。因此，电网电压不平衡时逆变器所采用的控制策略应保证网侧电流正弦，抑制直流电压二倍频波动。现有的解决方案均需要旋转坐标变换过程或对控制变量进行正负序分解运算，因此，控制系统较为复杂，计算量较大。

除了良好的稳态性能外，控制策略还要保证逆变器具有快速的动态响应能力，减小系统对不平衡电网电压的调节时间。现存解决方案大多基于正、负序两套同步旋转坐标系下，采用两组比例积分控制器(PI)或比例谐振控制器(PR)进行控制。PR控制器和PI控制器虽然具有良好的稳态跟踪特性，但参数调节复杂，动态响应较慢。无差拍控制器可以满足对交、直流量实现准确跟踪的要求，且无需参数调节，具有快速的动态响应能力，对动静态性能要求都比较高的逆变器来说是一种很好的选择。

因此，有必要设计一种电压不平衡下太阳能发电系统逆变器无差拍控制方法，控制系统运行时无需旋转坐标变换与正负序分解过程，可以在电网电压不平衡条件下有效改善输出电流谐波，减小直流母线电压波动，保证逆变器的控制品质和功率器件的安全运行。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种电压不平衡下太阳能发电系统逆变器无差拍控制方法，该方法可以有效减少网侧电流谐波，保证电流正弦度，抑制直流电压二倍频波动，保证太阳能发电系统逆变器在电网电压不平衡时的控制品质。

本发明的技术方案为：电压不平衡下太阳能发电系统逆变器无差拍控制方法，其特征在于包括以下步骤：(l)、采用电压传感器和电流传感器分别检测三相电网电压，三相电网电流和直流侧电压；(2)、将步骤(l)检测到的三相电网电压和三相电网电流经abc/αβ变换模块得到两相静止坐标系下的电网电压和电网电流；(3)、将步骤(2)计算得到的两相静止坐标系下的电网电压经过信号延迟得到电网电压延迟量；(4)、将直流电压参考值与步骤(1)得到的直流侧电压相减的结果，经过PI控制器后再与直流电压参考值相乘得到逆变器有功功率参考值；(5)、由步骤(2)得到的电网电压和步骤(3)得到的电网电压延迟量及步骤(4)得到的有功功率参考值，根据参考电流计算式，获得参考电流；(6)、根据第k+2时刻的参考电流预测式，获得第k+2时刻的参考电流，根据第k+1时刻的电网电流预测式获得第k+1时刻的电网电流；(7)、将步骤(6)得到的第k+2时刻的参考电流和第k+1时刻的电网电流以及步骤(2)得到的电网电压，通过无差拍控制器输出电压计算式得到控制器输出电压参考值；(8)、将步骤(7)得到的控制器输出电压参考值，经过空间矢量脉宽调制后，产生控制逆变器的开关信号。

作为进一步的实施方式，步骤(5)中所述的参考电流计算式如下：

式中，， 。

本发明的控制方法在不平衡电网电压条件下，考虑了滤波电抗器上功率波动对直流电压的影响，通过控制逆变器侧功率平衡保证网侧电流正弦、抑制直流电压波动，计算与控制过程基于两相静止坐标系，避免了旋转坐标变换、正负序分解与锁相环节，简化了计算过程。

附图说明

图1为太阳能发电系统的结构图，图2为本发明控制方法的结构原理图，图3为采用本发明控制方法的电网电流波形图，图4为采用本发明控制方法的直流侧电压波形图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步说明。太阳能发电系统结构如图1所示，功率逆变器由dc-dc逆变器、直流母线和逆变器组成，光伏阵列通过功率逆变器经滤波电抗器和升压变压器与电网相连。

逆变器在α-β坐标系下的数学模型为

                                                               (1)