一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法
2023-06-15 04:33:56 1
專利名稱：一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法
技術領域：
本發明涉及智能電網、太陽能發電領域，具體是一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法。
背景技術：
隨著生態環境的惡化和不可再生能源的日益衰竭，節能減排和新能源技術已成為當前的研究熱點。太陽能作為一種豐富的無汙染清潔能源成為解決能源問題的重要途徑， 隨著可再生能源通過構建分布式發電結構與低壓配電網連接，作為太陽能光伏併網發電的關鍵技術的併網控制策略，其研究已日益受到重視。如何提高逆變器的整體轉換效率和功率因數、以及降低併網電流的畸變率已成為研究的目標和重點。單相光伏併網發電系統結構如
圖1所示，為了減少併網逆變器併網電流的高次諧波，逆變器大多採用SPWM調製技術。由於直流側電壓的波動可能通過逆變器引起併網電流的畸變，因而需要構建電壓閉環來穩定直流側電壓。為了減小電流畸變和加快系統動態響應，需要構建電流內環對併網電流進行控制。因此，目前的併網逆變器大多採用雙閉環控制策略。為了簡化系統控制和方便工程應用，直流側電壓外環大多採用PI控制器，電流內環是決定系統性能的關鍵，因此是目前併網控制的研究重點，電流控制主要包括PI控制、 比例諧振(PR)控制、預測電流控制、無差拍控制、自適應滯環控制、重複控制、模糊控制、魯棒控制等方法。常用的滯環電流控制比較簡單，魯棒性強，但開關頻率對負載參數依賴性強，因此電流紋波較大。傳統的PI控制器設計簡單、易於實現，但對於電流控制，PI控制器跟蹤正弦交流參考量具有較大的穩態誤差，不適用於電流併網控制。比例諧振(PR)控制器在諧振頻率下具有無窮大的增益，可以零穩態誤差地跟蹤交流參考電流。但由於二階帶通濾波器在諧振頻率下為廣義積分器，而且在數字系統中，難以獲得諧振頻率條件下的無窮大增益。無差拍電流控制作為一種基於電路模型的控制方法，具有良好的動態響應，且在較低的開關頻率下也可使輸出電流快速準確地跟蹤指令電流，因而被廣泛應用於併網逆變器中。但無差拍控制器存在著延時和依賴精確的電氣模型參數(併網電感量)等不足。一方面，由於併網電感量在實際中無法精確檢測，因此代入無差拍控制器中的電感器存在一定偏差，而這將極大影響無差拍控制的穩定裕度和控制精度。另一方面，與大多數控制方法一樣，在工程實踐中，存在包含滯後一拍控制、PWM動作延時、採樣時延和死區時間等延時問題。對此，文獻提出了延時補償的方法，但未考慮電氣參數的不吻合，有些僅對控制延時進行了補償，從而影響了系統精度和穩定裕度。考慮到併網電感參數偏差和控制延時，國內外學者也提出了一種魯棒預測電流控制策略用來補償延時和增強系統魯棒性，但其採用的模糊控制器、神經網絡估計器和自適應誤差校正控制器等方法相對複雜，難於應用於實際的單相光伏併網逆變器中。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，克服現有雙閉環控制方法的不足，解決無差拍控制中存在的滯後一拍控制、PWM動作延時、死區時間延時以及電感參數不匹配等問題。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，該方法的具體步驟為(1)在每個採樣周期的起始點，DSP控制器啟動A/D轉換器，對電網電壓Us、直流側電壓ud。、光伏輸出電壓Upv，併網電流is、光伏輸入電流ipv，分別進行採樣，A/D轉換器轉換後的數據通過並行接口送給DSP控制器進行處理；(2)功率前饋控制以及前饋電流指令的獲取DSP控制器根據光伏電壓和光伏電流的瞬時值進行最大功率點(MPPT)跟蹤，並計算出每個採樣周期的有功功率Ppv，同時，DSP 在單個電網周期內計算出該電網周期內的電網電壓有效值Us，前饋電流幅值指令Ip/可由下列公式計算出
權利要求
1.一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於，該方法的具體步驟為1)在每個採樣周期的起始點，DSP控制器啟動A/D轉換器，對電網電壓Us、直流側電壓 ud。、光伏輸出電壓Upv，併網電流is、光伏輸入電流ipv分別進行採樣，AD轉換器轉換後的數據通過並行接口送給DSP控制器進行處理；2)DSP控制器根據光伏電壓和光伏電流的瞬時值進行最大功率點跟蹤，並計算出每個採樣周期的有功功率Ppv，同時，DSP控制器在單個電網周期內計算出該電網周期內的電網電壓有效值Us ；3)將直流側參考電壓『和直流側電壓ud。的差值e作為PI控制器的輸入，PI控制器的輸出通過限幅後，獲得直流側穩壓環節的電流幅值指令I/ ；4)將電流幅值指令Id/和前饋電流幅值指令Ip/相加合成內環電流幅值指令『/，將電網電壓同步信號Simrt與電流幅值指令Im/相乘，得到該採樣周期內與電網電壓同步的併網電流瞬時值指令ζ；5)將直流側電壓ud。、併網電流「、併網電流瞬時值指令以及電網電壓Us送入魯棒預測電流無差拍控制器，魯棒預測電流無差拍控制器的輸出即為全橋逆變電路中的各個開關管的佔空比D，控制併網電流和能量傳遞。
2.根據權利要求1所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟4)中，前饋電流幅值指令Ip/的計算公式為
3.根據權利要求1所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟幻中，魯棒預測電流無差拍控制器計算佔空比D的具體步驟為1)利用採集獲取的η時刻電網電壓us(η)和(η-1)時刻電網電壓us (η_1)，通過線性插值方法，預測出第(η+1)個採樣周期內的電網電壓平均值^―2)利用採集獲取的η時刻併網電流is(η)，通過引入權重因子m，採用非線性插值法計算預測電流+3)根據步驟1)和2)獲得的預測電網電壓平均值和預測值，計算出第η個採樣周期的開關管佔空比D (η)。
4.根據權利要求3所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟1)中，電網電壓平均值1)的計算公式為
5.根據權利要求3所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟2)中，預測電流的計算公式為
6.根據權利要求3所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟2)中，權重因子m的取值範圍為|<m<l。
7.根據權利要求3所述的基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，其特徵在於， 所述步驟3)中，第η個採樣周期的開關管佔空比D(n)的計算公式為
全文摘要
本發明公開了一種基於功率前饋的魯棒雙環光伏併網控制方法，主要包括外環電壓PI控制、內環魯棒預測電流無差拍控制、功率前饋控制三個部分，其中，電壓外環PI控制用於穩定直流側電容電壓；內環魯棒預測電流無差拍控制通過超前控制，對下一個控制周期的電網電壓進行線性預測和併網電流進行非線性預測，得到下一個周期的併網電流指令值，再通過無差拍控制實現PWM調製和併網控制，本發明使光伏併網逆變器具有更高的魯棒性、更寬的穩定裕度和更快的動態響應，更好地滿足了逆變器併網運行的需要。
文檔編號H02J3/38GK102447268SQ201110427510
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者呂志鵬, 張慶海, 徐欣慰, 羅安, 謝三軍, 金國彬, 陳燕東 申請人:湖南大學