[发明专利]一种高效稳定双MPPT功能的光伏单相并网控制方法

摘要

一种高效稳定双MPPT功能的光伏单相并网控制方法属于光伏发电控制技术领域，其特征在于，采用高速数字信号处理器，应用C语言动态定点算法，形成整个光伏单相并网控制系统高性能高可靠性的控制算法；采用的双级式并网控制结构、双MPPT快速平滑的最大功率点跟踪策略以及并网电流预测无差拍控制算法将多串光伏阵列处于优化运行状态，并使其发出的最大能量通过稳定的双极式结构变换输送到当地电网中；实现多串光伏阵列具有双MPPT最大功率点跟踪以及并网电流预测无差拍控制的同时使光伏并网电流完全与当地单相电压相位一致，功率因数为1，并网电流谐波畸变率低于3％，系统运行安全可靠。

主权项

1.一种高效稳定双MPPT功能的光伏单相并网控制方法，其特征在于，该方法是在数字信号处理器DSP中依以下步骤实现的：步骤(1)，DSP采集第一串光伏阵列直流输出电压信号U_PV1、电流信号I_PV1，并根据电压、电流信号求得当前时刻k的第一串光伏阵列输出功率，计算当前时刻k的第一串光伏阵列输出功率与前一采样时刻输出功率之差ΔP₁，再计算当前时刻k的第一串光伏阵列输出电压与前一采样时刻电压的差值ΔU₁；步骤(2)，根据步骤(1)得到的ΔP₁、ΔU₁值，依下列情况置第一串光伏阵列MPPT跟踪方向标志Sign1的值：若，ΔP₁和ΔU₁同时大于0或小于0，则将跟踪方向标志Sign1置1，若，ΔP₁和ΔU₁不同时大于0或小于0，则将跟踪方向标志Sign1置-1，若，ΔP₁或ΔU₁为0，则将跟踪方向标志Sign1置0；步骤(3)，根据步骤(2)得到的Sign1的值，按下式计算当前时刻k的第一串光伏阵列处于最大功率点处的参考电压U_ref1(k）：U_ref1(k)＝U_ref1(k-1)+Step1×Sign1Step1为设定的步长值，其值的大小与第一串光伏阵列的开路电压和DSP数据采样保持时间相关；步骤(4)，DSP采集第二串光伏阵列直流输出电压信号U_PV2、电流信号I_PV2，并根据电压、电流信号求得当前时刻k的第二串光伏阵列输出功率，计算当前时刻k的第二串光伏阵列输出功率与前一采样时刻输出功率之差ΔP₂，再计算当前时刻k的第二串光伏阵列输出电压与前一采样时刻电压的差值ΔU₂；步骤(5)，根据步骤(4)得到的ΔP₂、ΔU₂值，依下列情况置第二串光伏阵列MPPT跟踪方向标志Sign2的值：若，ΔP₂和ΔU₂同时大于0或小于0，则将跟踪方向标志Sign2置1，若，ΔP₂和ΔU₂不同时大于0或小于0，则将跟踪方向标志Sign2置-1，若，ΔP₂或ΔU₂为0，则将跟踪方向标志Sign2置0；步骤(6)，根据步骤(5)得到的Sign2的值，按下式计算当前时刻k的第二串光伏阵列处于最大功率点处的参考电压U_ref2(k)：U_ref2(k)＝U_ref2(k-1)+Step2×Sign2Step2为设定的步长值，其值的大小与第二串光伏阵列的开路电压和DSP数据采样保持时间相关；步骤(7)，DSP采集第一串光伏阵列和第二串光伏阵列的boost型升压变换器共同输出端的直流母排电压信号U_DC，并利用步骤(1)得到的U_PV1、步骤(3)得到的U_ref1(k)、步骤(4)得到的U_PV2和步骤(6)得到的U_ref2(k)，按以下步骤进一步求得boost型升压变换器1的功率开关管S₃的占空比D₃和boost型升压变换器2的功率开关管S₄的占空比D₄：步骤(7.1)，计算D3=UDC-Uref1UDC-PID(Uref1-UPV1);]]>步骤(7.2)，计算D4=UDC-Uref2UDC-PID(Uref2-UPV2);]]>根据上述得到的D₃和D₄值，通过DSP控制器发出相应的PWM脉冲信号并经相应的驱动电路触发boost型升压变换器1和升压变换器2工作，达到二串光伏阵列都快速运行在其最大功率点，并且使直流母排电压运行稳定的目的；步骤(8)，DSP采集市电单相电网电压信号u_s，通过锁相环(PLL)设计得到与单相电网电压基波频率相同，相位一致，幅值为1的正弦波信号sin(ω₁t)；步骤(9)，根据光伏单相并网逆变器所选择的宽范围输入电压值以及单相电网电压的幅值选定合适的直流母排电压运行值U_DCref，并按以下步骤求得光伏单相并网逆变器向电网输出基波电流的最大参考幅值I_ref：步骤(9.1)，计算ΔU＝U_DC-U_DCref；步骤(9.2)，把步骤(9.1)得到的ΔU输入到PI调节器，其输出得到光伏单相并网逆变器向电网输出基波电流的最大参考幅值I_ref；步骤(10)，利用步骤得(9)到的I_ref作为幅值乘以步骤(8)得到的sin(ω₁t)求得光伏单相并网逆变器应当输出的基波电流参考值I_refsin(ω₁t)；步骤(11)，DSP采集光伏单相并网逆变器输出电流i_O，利用步骤(7)得到的直流母排电压信号U_DC、步骤(8)得到单相电网电压信号u_s、步骤(9)得到的单相光伏并网逆变器输出的基波电流参考值Irefsin(ω₁t)、光伏单相并网逆变器输出所连接的滤波电抗器L值、并网逆变器功率开关管的脉冲调制周期T_s，按下式计算得到光伏单相并网逆变器双桥臂的占空比D值：D=[us+LTsIrefsin(ω1t)-LTsio]/UDC;]]>步骤(12)，利用步骤(11)得到的光伏单相并网逆变器双桥臂的占空比D值，经过DSP控制器PWM输出端口形成双极型电压调制方式的4路PWM脉冲S₁、s₂、信号，通过接口电路驱动光伏单相并网逆变器二个桥臂相应的功率开关器件，从而使光伏阵列发出的最大功率转换为交流输送到本地电网中。