專利名稱：一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，具體是一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法。
背景技術(shù)：
隨著生態(tài)環(huán)境的惡化和不可再生能源的日益衰竭，節(jié)能減排和新能源技術(shù)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。太陽(yáng)能作為一種豐富的無(wú)污染清潔能源成為解決能源問(wèn)題的重要途徑， 隨著可再生能源通過(guò)構(gòu)建分布式發(fā)電結(jié)構(gòu)與低壓配電網(wǎng)連接，作為太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)的并網(wǎng)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(zhuǎn)換效率和功率因數(shù)、以及降低并網(wǎng)電流的畸變率已成為研究的目標(biāo)和重點(diǎn)。單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如

圖1所示，為了減少并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)電流的高次諧波，逆變器大多采用SPWM調(diào)制技術(shù)。由于直流側(cè)電壓的波動(dòng)可能通過(guò)逆變器引起并網(wǎng)電流的畸變，因而需要構(gòu)建電壓閉環(huán)來(lái)穩(wěn)定直流側(cè)電壓。為了減小電流畸變和加快系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，需要構(gòu)建電流內(nèi)環(huán)對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制。因此，目前的并網(wǎng)逆變器大多采用雙閉環(huán)控制策略。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)控制和方便工程應(yīng)用，直流側(cè)電壓外環(huán)大多采用PI控制器，電流內(nèi)環(huán)是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，因此是目前并網(wǎng)控制的研究重點(diǎn)，電流控制主要包括PI控制、 比例諧振(PR)控制、預(yù)測(cè)電流控制、無(wú)差拍控制、自適應(yīng)滯環(huán)控制、重復(fù)控制、模糊控制、魯棒控制等方法。常用的滯環(huán)電流控制比較簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)，但開(kāi)關(guān)頻率對(duì)負(fù)載參數(shù)依賴性強(qiáng)，因此電流紋波較大。傳統(tǒng)的PI控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于電流控制，PI控制器跟蹤正弦交流參考量具有較大的穩(wěn)態(tài)誤差，不適用于電流并網(wǎng)控制。比例諧振(PR)控制器在諧振頻率下具有無(wú)窮大的增益，可以零穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤交流參考電流。但由于二階帶通濾波器在諧振頻率下為廣義積分器，而且在數(shù)字系統(tǒng)中，難以獲得諧振頻率條件下的無(wú)窮大增益。無(wú)差拍電流控制作為一種基于電路模型的控制方法，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且在較低的開(kāi)關(guān)頻率下也可使輸出電流快速準(zhǔn)確地跟蹤指令電流，因而被廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器中。但無(wú)差拍控制器存在著延時(shí)和依賴精確的電氣模型參數(shù)(并網(wǎng)電感量)等不足。一方面，由于并網(wǎng)電感量在實(shí)際中無(wú)法精確檢測(cè)，因此代入無(wú)差拍控制器中的電感器存在一定偏差，而這將極大影響無(wú)差拍控制的穩(wěn)定裕度和控制精度。另一方面，與大多數(shù)控制方法一樣，在工程實(shí)踐中，存在包含滯后一拍控制、PWM動(dòng)作延時(shí)、采樣時(shí)延和死區(qū)時(shí)間等延時(shí)問(wèn)題。對(duì)此，文獻(xiàn)提出了延時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒?，但未考慮電氣參數(shù)的不吻合，有些僅對(duì)控制延時(shí)進(jìn)行了補(bǔ)償，從而影響了系統(tǒng)精度和穩(wěn)定裕度?？紤]到并網(wǎng)電感參數(shù)偏差和控制延時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也提出了一種魯棒預(yù)測(cè)電流控制策略用來(lái)補(bǔ)償延時(shí)和增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性，但其采用的模糊控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)器和自適應(yīng)誤差校正控制器等方法相對(duì)復(fù)雜，難于應(yīng)用于實(shí)際的單相光伏并網(wǎng)逆變器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，克服現(xiàn)有雙閉環(huán)控制方法的不足，解決無(wú)差拍控制中存在的滯后一拍控制、PWM動(dòng)作延時(shí)、死區(qū)時(shí)間延時(shí)以及電感參數(shù)不匹配等問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，該方法的具體步驟為(1)在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，DSP控制器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)電網(wǎng)電壓Us、直流側(cè)電壓ud。、光伏輸出電壓Upv，并網(wǎng)電流is、光伏輸入電流ipv，分別進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)并行接口送給DSP控制器進(jìn)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(jù)光伏電壓和光伏電流的瞬時(shí)值進(jìn)行最大功率點(diǎn)(MPPT)跟蹤，并計(jì)算出每個(gè)采樣周期的有功功率Ppv，同時(shí)，DSP 在單個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)計(jì)算出該電網(wǎng)周期內(nèi)的電網(wǎng)電壓有效值Us，前饋電流幅值指令I(lǐng)p/可由下列公式計(jì)算出
權(quán)利要求
1.一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于，該方法的具體步驟為1)在每個(gè)采樣周期的起始點(diǎn)，DSP控制器啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)電網(wǎng)電壓Us、直流側(cè)電壓 ud。、光伏輸出電壓Upv，并網(wǎng)電流is、光伏輸入電流ipv分別進(jìn)行采樣，AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)并行接口送給DSP控制器進(jìn)行處理；2)DSP控制器根據(jù)光伏電壓和光伏電流的瞬時(shí)值進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，并計(jì)算出每個(gè)采樣周期的有功功率Ppv，同時(shí)，DSP控制器在單個(gè)電網(wǎng)周期內(nèi)計(jì)算出該電網(wǎng)周期內(nèi)的電網(wǎng)電壓有效值Us ；3)將直流側(cè)參考電壓‘和直流側(cè)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(guò)限幅后，獲得直流側(cè)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)的電流幅值指令I(lǐng)/ ；4)將電流幅值指令I(lǐng)d/和前饋電流幅值指令I(lǐng)p/相加合成內(nèi)環(huán)電流幅值指令‘/，將電網(wǎng)電壓同步信號(hào)Simrt與電流幅值指令I(lǐng)m/相乘，得到該采樣周期內(nèi)與電網(wǎng)電壓同步的并網(wǎng)電流瞬時(shí)值指令ζ；5)將直流側(cè)電壓ud。、并網(wǎng)電流“、并網(wǎng)電流瞬時(shí)值指令以及電網(wǎng)電壓Us送入魯棒預(yù)測(cè)電流無(wú)差拍控制器，魯棒預(yù)測(cè)電流無(wú)差拍控制器的輸出即為全橋逆變電路中的各個(gè)開(kāi)關(guān)管的占空比D，控制并網(wǎng)電流和能量傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟4)中，前饋電流幅值指令I(lǐng)p/的計(jì)算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟幻中，魯棒預(yù)測(cè)電流無(wú)差拍控制器計(jì)算占空比D的具體步驟為1)利用采集獲取的η時(shí)刻電網(wǎng)電壓us(η)和(η-1)時(shí)刻電網(wǎng)電壓us (η_1)，通過(guò)線性插值方法，預(yù)測(cè)出第(η+1)個(gè)采樣周期內(nèi)的電網(wǎng)電壓平均值^―2)利用采集獲取的η時(shí)刻并網(wǎng)電流is(η)，通過(guò)引入權(quán)重因子m，采用非線性插值法計(jì)算預(yù)測(cè)電流+3)根據(jù)步驟1)和2)獲得的預(yù)測(cè)電網(wǎng)電壓平均值和預(yù)測(cè)值，計(jì)算出第η個(gè)采樣周期的開(kāi)關(guān)管占空比D (η)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟1)中，電網(wǎng)電壓平均值1)的計(jì)算公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟2)中，預(yù)測(cè)電流的計(jì)算公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟2)中，權(quán)重因子m的取值范圍為|<m<l。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，其特征在于， 所述步驟3)中，第η個(gè)采樣周期的開(kāi)關(guān)管占空比D(n)的計(jì)算公式為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于功率前饋的魯棒雙環(huán)光伏并網(wǎng)控制方法，主要包括外環(huán)電壓PI控制、內(nèi)環(huán)魯棒預(yù)測(cè)電流無(wú)差拍控制、功率前饋控制三個(gè)部分，其中，電壓外環(huán)PI控制用于穩(wěn)定直流側(cè)電容電壓；內(nèi)環(huán)魯棒預(yù)測(cè)電流無(wú)差拍控制通過(guò)超前控制，對(duì)下一個(gè)控制周期的電網(wǎng)電壓進(jìn)行線性預(yù)測(cè)和并網(wǎng)電流進(jìn)行非線性預(yù)測(cè)，得到下一個(gè)周期的并網(wǎng)電流指令值，再通過(guò)無(wú)差拍控制實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制和并網(wǎng)控制，本發(fā)明使光伏并網(wǎng)逆變器具有更高的魯棒性、更寬的穩(wěn)定裕度和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，更好地滿足了逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的需要。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102447268SQ201110427510
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者呂志鵬, 張慶海, 徐欣慰, 羅安, 謝三軍, 金國(guó)彬, 陳燕東 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)