[发明专利]一种用于光伏并网逆变器的滑模直接电压/功率控制方法

摘要

本发明公开了一种用于光伏并网逆变器的滑模直接电压/功率控制方法，包括以下步骤：建立光伏发电系统，信号测量与处理，正负序分解，计算P_g和Q_g，计算P_g2和Q_g2，确定控制误差e_u、e_Q和e_P，确定滑模面s_u和s_Q，确定控制率u_cd和u_cq，判断是否达到控制目标，αβ变换和SVPWM调制。本发明具有结构简单，鲁棒性强等优点；在电网电压不平衡时，本发明可以分别实现抑制并网逆变器输出功率脉动和保证并网三相电流正弦且无波形畸变的控制目标。

主权项

一种光伏并网逆变器的滑模直接电压/功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：建立光伏发电系统：所述光伏发电系统由光伏阵列、光伏测量元件、DC/DC换流器、直流测量元件、并网逆变器、交流测量元件、控制系统和交流电网组成；所述光伏发电系统由光伏阵列、光伏测量元件、DC/DC换流器，直流测量元件、并网逆变器、交流测量元件和交流电网依次级联，所述控制系统的输入端分别接所述光伏测量元件、直流测量元件、交流测量元件的输出端，其输出端接所述并网逆变器的输入端；步骤2：信号测量与处理：通过电压传感器和电流传感器测量所述交流电网的三相电压u_ga、u_gb、u_gc，所述并网逆变器的输出电流i_ga、i_gb、i_gc和直流电压u_dc；所述交流测量元件测量的三相电压u_ga、u_gb、u_gc经过锁相环处理，计算出电网的电压相角θ；所述交流测量元件测量的三相电压u_ga、u_gb、u_gc进过dq变换计算出其在dq旋转坐标系中的d轴分量u_gd和q轴分量u_gq；将所述交流测量元件测量的三相并网电流i_ga、i_gb、i_gc经过dq变换计算出其在dq旋转坐标系中的d轴分量i_gd和q轴分量i_gq；步骤3：正负序分解：将所述三相电压在dq旋转坐标系中的d轴分量u_gd和q轴分量u_gq经过陷波器得到负序分量和将所述三相并网电流在dq旋转坐标系中的d轴分量i_gd和q轴分量i_gq经过陷波器得到正序分量和步骤4：计算所述并网逆变器输出的有功功率和无功功率总量P_g和Q_g：$\left\{\begin{array}{c}{P}_g=u_{gd}{i}_{gd}+u_{gq}{i}_{gq}=U_g{i}_{gd}\\ Q_g=u_{gq}{i}_{gd}-u_{gd}{i}_{gq}=-U_g{i}_{gq}\end{array}\right.---\left(1\right)$其中：U_g为电网电压幅值；步骤5：确定出由负序电压、正序电流产生的有功功率和无功功率二倍频波动分量P_g2和Q_g2：$\left\{\begin{array}{c}{P}_{g2}=u_{gd}^{-}{i}_{gd}^{+}+u_{gq}^{-}{i}_{gq}^{+}\\ Q_{g2}=u_{gq}^{-}{i}_{gd}^{+}-u_{gd}^{-}{i}_{gq}^{+}\end{array}\right.---\left(2\right)$步骤6：确定控制误差：直流电压的跟踪误差e_u为：{e_u＝u^*‑u    (3)其中：u为直流电压的平方，u^*为直流电压参考值的平方；当以消除有功功率和无功功率的二倍频脉动为控制目标时的有功功率和无功功率的误差e_P和e_Q分别为：$\left\{\begin{array}{c}{e}_P=P_{pv}-P_g\\ e_Q=Q_g^{*}-Q_g\end{array}\right.---\left(4\right)$其中：P_pv为光伏阵列的输出功率；Q_g^*为网侧变换器输出无功功率的参考值；当以消除并网电流负序分量，保证波形平衡且正弦为控制目标时，无功功率的跟踪误差和有功功率的误差e’_P和e’_Q分别为：$\left\{\begin{array}{c}{e}_P^{\′}=P_{pv}-P_g+P_{g2}=e_P+P_{g2}\\ e_Q^{\′}=Q_g^{*}-Q_g+Q_{g2}=e_Q+Q_{g2}\end{array}\right.---\left(5\right)$步骤7:确定滑模直接电压/功率控制的滑模面；$\left\{\begin{array}{c}{s}_u=e_u+c_1\∫e_{u}dt\\ s_Q=e_Q+c_2\∫e_{Q}dt\end{array}\right.---\left(6\right)$式中：c₁和c₂为正实数；步骤8:确定滑模直接电压/功率控制的控制率和总控制输入，所述控制率u为：u＝Δu+u_eq   (7)式中：Δu为开关控制，u_eq为等效控制；所述总控制输入为：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{cd}={\mathrm{\Δu}}_{cd}+u_{cdeq}\\ u_{cq}={\mathrm{\Δu}}_{cq}+u_{cqeq}\end{array}\right.---\left(8\right)$式中：u_cd和u_cq分别为控制率的d轴和q轴分量，Δu_cd和Δu_cq分别为开关控制的d轴和q轴分量，u_cdeq和u_cqeq分别为等效控制的d轴和q轴分量；其中开关控制Δu_cd和Δu_cq为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δu}}_{cd}=-k_{u1}\sqrt{\left|s_u\right|}\mathrm{sgn}\left(s_u\right)-k_{u2}\∫\mathrm{sgn}\left(s_u\right)dt\\ {\mathrm{\Δu}}_{cq}=-k_{Q1}\sqrt{\left|s_Q\right|}\mathrm{sgn}\left(s_Q\right)-k_{Q2}\∫\mathrm{sgn}\left(s_Q\right)dt\end{array}\right.---\left(9\right)$式中，k_u1,k_u2,k_Q1和k_Q2为正常数；s_u和s_Q为式(6)中定义的滑模面；sgn为符号函数；等效控制u_cdeq和u_cqeq为：$\left\{\begin{array}{c}{u}_{cdeq}=-{\mathrm{\ωLi}}_{gq}+u_{gd}-\frac{c_{1}L}{U_g}{e}_P\\ u_{cqeq}={\mathrm{\ωLi}}_{gd}+u_{gq}-\frac{c_{2}L}{U_g}{e}_Q-\frac{L}{U_g}{\stackrel{\·}{Q}}_g^{*}\end{array}\right.---\left(10\right)$式中，ω为电网角频率，L为并网逆变器进线电抗器的电感，为无功功率参考值的导数。步骤9：判断是否达到控制目标，如果是，转向步骤10，否则转向步骤7；步骤10：αβ变换：将在dq坐标系下的控制电压u_cd和u_cq经过αβ变换后得到在αβ坐标系下的控制电压u_cα和u_cβ，其中u_cα为α轴分量，u_cβ为β轴分量；步骤11：SVPWM调制：将控制电压u_cα和u_cβ经过SVPWM调制后得到所述并网逆变器的三相调制信号s_a、s_b、s_c，并将其送入并网逆变器的开关管进行控制。