[发明专利]单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统及方法

摘要

本发明提供一种单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统及方法，该系统包括太阳能电池板、光伏逆变器、电网和MPPT控制器；所述太阳能电池板、所述光伏逆变器和所述电网顺次连接；所述MPPT控制器分别与所述太阳能电池板和所述光伏逆变器连接。该方法中，(1)采用新型的电压环控制器，包括比例积分PI控制模块、极点补偿模块及陷波滤波器模块，同时电压环和电流环控制器采用相同控制周期，保证单级逆变系统运行的稳定性及输出质量良好的电能；(2)采用Mppt的变步长电压扰动法，通过调整比例系数，可保证MPPT最大功率跟踪的良好动态响应及稳态性能，从而提高了太阳能电池板使用效率。

主权项

一种应用单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统的方法，其特征在于，单级光伏逆变器稳定MPPT控制系统，包括太阳能电池板、光伏逆变器、电网和MPPT控制器；所述太阳能电池板、所述光伏逆变器和所述电网顺次连接；所述MPPT控制器分别与所述太阳能电池板和所述光伏逆变器连接；其中，所述光伏逆变器包括串联的三相逆变电路、滤波电路及变压电路；和/或所述MPPT控制器为DSP控制器；所述方法包括以下步骤：S1，所述MPPT控制器采集所述太阳能电池板的实际输出电压u_dc和实际输出电流i_pv，经电压扰动环处理，输出作为电压控制环的电压给定u_{dc_ref}；S2，所述MPPT控制器将所述太阳能电池板的电压反馈u_{dc_fb}与u_{dc_ref}输出给所述电压控制环，经所述电压控制环处理，输出作为电流控制环d轴电流给定i_{d_ref}；S3，所述MPPT控制器采集所述光伏逆变器的当前并网三相电流i_a、i_b和i_c，基于PARK及CLARK变换原理，将三相静止坐标系abc转换为两相静止坐标系αβ，再将所述两相静止坐标系αβ转换为两相旋转坐标系dq，计算得到d轴电流i_d和q轴电流i_q；S4，将S2得到的i_{d_ref}和S3得到的i_d之差输出给所述电流控制环，输出d轴电压u_{m_d}；所述MPPT控制器设置为纯有功功率输出，无功电流给定i_{q_ref}＝0，与i_q之差值输出给所述电流控制环，输出q轴电压u_{m_q}；S5，所述MPPT控制器进行坐标系逆变变换，即将两相旋转坐标系dq转换为两相静止坐标系αβ，再将两相静止坐标系αβ转换为三相静止坐标系abc，将u_{m_d}和u_{m_q}转换得到三相控制电压u_{m_a}、u_{m_b}和u_{m_c}；然后采用SVPWM空间矢量脉宽调制得到三相调制波PWM，输出至所述光伏逆变器的管子模块IGBT；其中，S1中，所述电压扰动环处理过程具体为：S11，设定所述电压控制环的电压给定u_{dc_ref}的初始值以及符合变量sign；S12，设定采样频率，按该采样频率采集当前拍的太阳能电池板的实际输出电压u_dc(k)和实际输出电流i_pv(k)，然后计算当前拍的太阳能电池板的输出功率P(k)，其中，P(k)＝u_dc(k)×i_pv(k)；S13，获取前1拍的太阳能电池板的输出功率P(k‑1)、前1拍的太阳能电池板的直流电压给定值u_{dc_ref}(k‑1)以及前2拍的太阳能电池板的直流电压给定值u_{dc_ref}(k‑2)；然后计算ΔP和Δu，其中，ΔP＝P(k)‑P(k‑1)，Δu＝u_{dc_ref}(k‑1)‑u_{dc_ref}(k‑2)；S14，判断ΔP是否等于0，如果判断结果为是，则sign赋值0，然后执行S17；如果判断结果为否，则执行S15；S15，进一步判断是否满足ΔP>0并且Δu<0的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17；如果判断结果为否，则执行S16；S16，进一步判断是否满足ΔP<0并且Δu>0的条件，如果判断结果为是，则sign赋值1，然后执行S17；如果判断结果为否，则sign赋值‑1，然后执行S17；S17，根据公式(1)计算当前拍需要输出的所述电压控制环的电压给定u_{dc_ref}(k)；u_{dc_ref}(k)＝u_{dc_ref}(k‑1)‑sign×u_step×(K_mppt×ΔP)   公式(1)其中，u_step‑‑‑电压扰动步长值，K_mppt‑‑‑比例系数；S18，当到达下一拍的采样周期时，令k＝k+1，重复执行S12‑S17；其中，S2中，所述电压控制环处理过程具体为：经所述电压扰动环处理，输出电压给定u_{dc_ref}，u_{dc_ref}与电压反馈u_{dc_fb}相减，得到差值经过比例控制器K_p计算，比例输出pr_out，经过积分控制器计算，积分输出in_out；pr_out与in_out相加，输出pi_out；pi_out经过1个极点处理，输出作为sys_out；再进行太阳能电池板输出电流的前馈补偿，输出值再经过二次陷波滤波器G_Notch(s)处理，输出作为电流控制环d轴电流给定i_{d_ref}；其中，当为50Hz电网时，ω＝100πrad/s。