一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統的製作方法

2023-06-26 11:41:36

專利名稱：一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統的製作方法
技術領域：
本發明用於太陽能併網光伏發電行業，屬於電力電子技術和控制理論交叉技術領 域，特別是一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統。
背景技術：
能源是人類生存和發展的物質基礎，關乎到國家安全及國際地位，一直以來備受 矚目。而今，隨著化石能源的緊張和環境汙染的加劇，可再生資源的利用備受矚目，太陽能 以其普遍、豐富、清潔成為人們利用的焦點。目前作為太陽能主要利用方式之一的光伏發電 得到了快速發展。光伏發電系統主要由太陽能電池陣列和必要的電力電子變換設備兩部分構成。獨 立發電不僅成本高而且不穩定，連續供電可靠性低，併網是將來的必然趨勢。在併網光伏發 電系統中，對電網的跟蹤控制直接關係到輸出電能的質量和系統的運行效率，是系統的核 心和技術關鍵，控制系統的性能在很大程度上決定著併網的成敗，一種合理的控制策略就 顯得十分必要。現在使用的各種控制方法各存有自身缺陷，不能兼顧響應速度、控制指標、 系統設計及穩定性。例如PID控制動態響應快，但輸出波形畸變嚴重；無差拍控制方法雖 為實時控制，電流響應快，輸出電壓電流不含特定次諧波，但功率器件的開關頻率不固定， 會導致電流頻譜較寬，可能引起間接的諧波幹擾，導致濾波電路設計困難。滑模控制表現出 對系統參數變化和負載擾動的不敏感性和魯棒性並具有良好的動態特性。但是滑模控制存 在理想滑模切換面難以選取、控制效果受採樣頻率的影響等弱點，它還存在高頻抖動現象 且設計中需知道系統不確定性參數和擾動的界限，抖動使系統無法精確定位等。有鑑於此， 採用對周期性擾動有抑制作用的重複控制技術來設計併網控制器，一方面它可以消除由逆 變器自身的死區效應引起的波形畸變，同時它對非線性負荷引起的諧波也有一定的抑制作 用。所以，基於重複控制技術來設計併網逆變器有一定的前景。

發明內容本發明的目的在於提供一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網 控制系統，它使上述所說的採用對周期性擾動有抑制作用的重複控制技術來設計併網控制 器成為現實，它不僅可將光伏電池發出的直流電轉換為交流電，並且還可對頻率、電壓、電 流、相位、有功與無功等進行控制，決定了送入電網的電能質量並關乎系統能量轉換效率， 是一種用於太陽能併網光伏發電行業的新技術。本發明的技術方案1 一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統，其特徵在於 該系統包括光伏陣列、boost變換器、三相逆變器、三相LCL濾波器及控制電路組成，它們 間的具體連接關係為光伏陣列輸出接入boost變換器，經升壓後送入三相逆變器，逆變器 的輸出連接至LCL濾波器，電能經濾波後接入電網；其中，控制電路包括信號檢測、調理迴路及DSP數據處理器等，連接形式如圖一所示。工作時首先採集逆變器直流側電壓、電流，電網電壓、相位及併網電流，根據能量 守恆原則在外環PI控制器的作用下得到併網電流的參考輸入信號；通過互感器採集系統 狀態變量，然後依次經過電壓形成、濾波電路調理後送入AD轉換器，最後送入DSP控制器， 經控制律作用輸出六路PWM信號。最終實現將光伏電池輸出的直流電逆變成交流電送入電 網，完成太陽能光伏發電的併網控制。這其中，一種基於極點配置與重複控制技術的控制方法體現在控制律中。由圖3 列寫LCL濾波器的狀態空間方程，導出併網電流I2與逆變橋輸出Uk之間的傳遞函數，如下 所示
權利要求
一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統，其特徵在於該系統包括電路拓撲結構本系統主結構由光伏陣列、boost變換器、三相逆變器、三相LCL濾波器及控制電路組成，它們間的具體連接關係為光伏陣列輸出接入boost變換器，經升壓後送入三相逆變器，逆變器的輸出連接至LCL濾波器，電能經濾波後接入電網；信號檢測、調理電路通過電壓互感器、電流互感器檢測系統的電壓、電流；電壓互感器用於測量電網電壓及LCL濾波器中電容電壓，電流互感器用於測量逆變器輸出電流和併網電流，所得的電壓、電流經二次變比後送入電壓形成迴路，再濾波後送入中央處理器DSP；中央處理器DSP中央處理器DSP的輸出端連接IGBT控制端；在中央處理器DSP中程序對檢測來的數據進行處理和計算，執行預定的控制算法。
2.根據權利要求1所說的一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控 制系統，其特徵在於控制系統採用極點配置與重複控制技術共同來控制併網逆變器；控制 電路通過互感器採集系統狀態變量，依次經過電壓形成、濾波電路調理後送入AD轉換器， 最後送入DSP控制器，經控制律作用輸出六路PWM信號；這其中的控制律正是基於極點配置 與重複控制技術設計的。
3.根據權利要求1所說的一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控 制系統，其特徵在於將基於狀態反饋的極點配置與重複控制方法混合使用，所用的狀態變 量是由信號檢測電路而來；其控制律-基於狀態反饋的極點配置與重複控制方法是以DSP 控制器為載體來實現併網控制的。
4.根據權利要求1所說的一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控 制系統，其特徵在於適用於兩級式併網光伏系統，最大功率跟蹤及電壓的調整由boost變 換器實現，本控制系統主要針對逆變器展開。
全文摘要
一種基於極點配置與重複控制相結合的兩級式光伏併網控制系統，它能很好地將光伏電池輸出的直流電逆變成交流電送入電網，使得諧波含量少，供電質量好，系統利用效率高，可在一定程度上提高系統穩定性，從而提高了整個光伏系統的性能；本發明的優越性和技術效果在於①採用數字控制，抗幹擾能力強，系統可獲得優良的精度和穩定性；②系統分工明確，控制效果明顯前一級Boost變換器實現最大功率跟蹤，後級逆變器完成直流側電壓穩定及併網逆變；系統可靠，魯棒性好。③控制算法先進使用重複控制技術來克服了逆變器自身的死區效應及部分非線性負荷導致的諧波；運用基於狀態反饋的極點配置來實現精確控制。
文檔編號H02M1/12GK101950983SQ20101029912
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者劉思佳, 周雪松, 宋代春, 權博, 梁芳, 陳浩, 馬幼捷 申請人:天津理工大學