一種多變壓器推挽型光伏逆變器的制造方法
【專利摘要】一種多變壓器推挽型光伏逆變器，它包括DSP及依次連接的DC/DC變換器、DC/AC變換器和濾波器，所述DSP內(nèi)設(shè)置有由DC/AC變換器的PI控制器、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和前饋運算器構(gòu)成的復(fù)合控制器，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入端接DC/AC變換器第個采樣周期時的狀態(tài)變量，其輸出的第個采樣周期時輸出電壓的預(yù)測值接前饋運算器的負(fù)輸入端，所述前饋運算器的正輸入端接時刻的電壓設(shè)定值，其輸出信號與PI控制器的輸出信號疊加后控制DC/AC變換器的占空比。本發(fā)明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測逆變器下一時刻的輸出電壓，并通過前饋運算器及時對當(dāng)前時刻的占空比進行補償，從而克服了PI控制器的滯后性，提高了逆變系統(tǒng)的魯棒性。
【專利說明】一種多變壓器推挽型光伏逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的多變壓器推挽型兩級逆變器裝置，屬光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，太陽能光伏發(fā)電作為清潔的綠色能源，成為世界各國關(guān)注和研究的熱點。
[0003]逆變器是一種把直流電能變換為交流電能的電力電子裝置，是實現(xiàn)獨立光伏發(fā)電應(yīng)用的重要組成部分。由于單塊光伏電池組件輸出的直流電壓較低，所以需要先通過DC/DC變換器將低直流電壓升壓，然后再經(jīng)DC/AC變換電路輸出標(biāo)準(zhǔn)的交流電壓。 [0004]現(xiàn)有的光伏逆變器多采用簡單的PID控制器進行控制，存在響應(yīng)速度慢、輸出電能質(zhì)量差的缺點，其根本原因在于PID控制器是一種線性控制器，對非線性程度較高的系統(tǒng)難以取得較好的控制品質(zhì)。隨著人們對電能質(zhì)量要求的不斷提高，如何進一步提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制品質(zhì)成為了一個亟待解決的問題。
[0005]此外，常見的升壓DC/DC變換器可分為B00ST、CUK以及推挽、反激等類型，這些DC/DC變換器普遍存在電壓、電流應(yīng)力大、隔離特性差、負(fù)載能力有限、輸出電壓瞬態(tài)控制特性較差等缺點，有必要進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種多變壓器推挽型光伏逆變器，以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制品質(zhì)，滿足人們對電能質(zhì)量的要求。
[0007]本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種多變壓器推挽型光伏逆變器，構(gòu)成中包括DSP及依次連接的DC/DC變換器、DC/AC變換器和濾波器，所述DSP內(nèi)設(shè)置有由DC/AC變換器的PI控制器、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和前饋運算器構(gòu)成的復(fù)合控制器，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入端接DC/AC變換器第k個采樣周期時的狀態(tài)變量，其輸出的第汸+ 1、個采樣周期時輸出電壓的預(yù)測值接前饋運算器的負(fù)輸入端，所述前饋運算器的正輸入端接時刻的電壓設(shè)定值，其輸出信號與PI控制器的輸出信號疊加后控制DC/AC變換器的占空比。
[0008]上述多變壓器推挽型光伏逆變器，所述復(fù)合控制器的構(gòu)造方法包括如下步驟:
a.建立系統(tǒng)等效模型
將由DC/AC變換器、濾波器和負(fù)載組成的逆變系統(tǒng)等效為一個四輸入單輸出的模型，其輸入變量為第i個采樣周期時的直流母線電壓『4(芍、PI控制器輸出占空比乃(幻、輸出
電流狀)、輸出交流電壓L⑷，輸出變量為第沐+ 1)個采樣周期時的預(yù)測電壓F(t + 1)；
b.訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的采集
在逆變器裝置平臺上，通過閉環(huán)控制DC/DC變換器的占空比，得到逆變直流母線波動電壓uk,隨機給定DC/AC變換器功率管的占空比，采集對應(yīng)的輸出電流反饋值M幻和輸出
電壓反饋值匕沐)，連續(xù)采集樣本數(shù)據(jù)集漢組；
c.建立DC/AC變換器的靜態(tài)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含一個輸入層、一個隱含層、一個輸出層，輸入層包括四個神經(jīng)元，隱含層包括六個神經(jīng)元并使用1gsig轉(zhuǎn)移函數(shù)/0) = 1/(1^e-x，輸出層包括一個神經(jīng)元并使用
purelin轉(zhuǎn)移函數(shù)y = x ;利用步驟b獲取的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，采用變學(xué)習(xí)速率的誤差反傳算法對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練，確定其中的各個神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)和閾值；
d.構(gòu)造前饋運算器
前饋運算器的輸入信號為第k +1個采樣周期時電壓設(shè)定值u(k + 1；) 及第(k + 1；)個采樣周期時電壓預(yù)測值v(k+1),前饋運算器輸出占空比Dk/為:
【權(quán)利要求】
1.一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，它包括數(shù)字信號處理器(DSP)及依次連接的DC/DC變換器、DC/AC變換器和濾波器(LB)，所述數(shù)字信號處理器(DSP)內(nèi)設(shè)置有DC/AC變換器的PI控制器、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN)和前饋運算器(Ο? )構(gòu)成的復(fù)合控制器，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN)的輸入端接DC/AC變換器第t個采樣周期時的狀態(tài)變量，其輸出的第汸+1)個采樣周期時輸出電壓的預(yù)測值接前饋運算器(CO))的負(fù)輸入端，所述前饋運算器(Cf(Z))的正輸入端接I；時刻的電壓設(shè)定值，其輸出信號與PI控制器的輸出信號疊加后控制DC/AC變換器的占空比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，所述復(fù)合控制器按如下步驟構(gòu)造: a.建立系統(tǒng)等效模型 將由DC/AC變換器、濾波器(LB)和負(fù)載(Z)組成的逆變系統(tǒng)等效為一個四輸入單輸出的模型，其輸入變量為第i個采樣周期時的直流母線電壓句、PI控制器輸出占空比rm、輸出電流I(A)、輸出交流電壓UAO，輸出變量為第汰+1)個采樣周期時的預(yù)測電壓r(*+i); b.訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的采集 在逆變器裝置平臺上，通過閉環(huán)控制DC/DC變換器的占空比，得到逆變直流母線波動電壓I,隨機給定DC/AC變換器功率管的占空比，采集對應(yīng)的輸出電流反饋值V(A)和輸出電壓反饋值匕沐)，連續(xù)采 集樣本數(shù)據(jù)集 > 組； c.建立DC/AC變換器的靜態(tài)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含一個輸入層、一個隱含層、一個輸出層，輸入層包括四個神經(jīng)元，隱含層包括六個神經(jīng)元并使用1gsig轉(zhuǎn)移函數(shù)/(X) = 1/(1.^，，輸出層包括一個神經(jīng)元并使用purelin轉(zhuǎn)移函數(shù)F = Z ;利用步驟b獲取的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，采用變學(xué)習(xí)速率的誤差反傳算法對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN)進行訓(xùn)練，確定其中的各個神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)和閾值； d.構(gòu)造前饋運算器() 前饋運算器(O(Z))的輸入信號為第i +1個采樣周期時電壓設(shè)定值ε/(λ+τ)φ及第(k + ?)個采樣周期時電壓預(yù)測值+1),前饋運算器輸出占空比為: _ =」^,——^*D(k)
U\k +1) 其中I力前饋控制器控制權(quán)值； e.構(gòu)造復(fù)合控制器 將pi控制器輸出占空比D(i)與前饋運算器輸出占空比疊加即為復(fù)合控制器的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，所述DC/DC變換器包括六個場效應(yīng)管、功率驅(qū)動器(U1)、三個推挽變壓器、整流橋(ZQ)、電池電壓傳感器(Vl)和第一信號調(diào)理電路(TL1)，第一場效應(yīng)管(Ql)和第二場效應(yīng)管(Q2)的源極接光伏電池(B)的負(fù)極，漏極分別通過第一推挽變壓器(Tl)的兩個初級線圈與光伏電池(B)的正極相連，柵極分別與功率驅(qū)動器(Ul)的兩個輸出端相連，第一電阻(Rl)與第一電容(Cl)串接后并聯(lián)在第一推挽變壓器(Tl)的一個初級線圈上，第二電阻(R2)與第二電容(C2)串接后并聯(lián)在第一推挽變壓器(Tl)的另一初級線圈上；第三場效應(yīng)管(Q3)和第四場效應(yīng)管(Q4)的源極接光伏電池(B)的負(fù)極，漏極分別通過第二推挽變壓器(T2)的兩個初級線圈與光伏電池(B)的正極相連，柵極分別與功率驅(qū)動器(Ul)的兩個輸出端相連，第三電阻(R3)與第三電容(C3)串接后并聯(lián)在第二推挽變壓器(T2)的一個初級線圈上，第四電阻(R4)與第四電容(C4)串接后并聯(lián)在第二推挽變壓器(T2)的另一初級線圈上；第五場效應(yīng)管(Q5)和第六場效應(yīng)管(Q6)的源極接光伏電池(B)的負(fù)極，漏極分別通過第三推挽變壓器(T3)的兩個初級線圈與光伏電池(B)的正極相連，柵極分別與功率驅(qū)動器(Ul)的兩個輸出端相連，第五電阻(R5)與第五電容(C5)串接后并聯(lián)在第三推挽變壓器(T3)的一個初級線圈上，第六電阻(R6)與第六電容(C6)串接后并聯(lián)在第三推挽變壓器(T3)的另一初級線圈上；三個推挽變壓器的次級線圈串聯(lián)連接后接整流橋(ZQ)的交流輸入端，所述整流橋(ZQ)的直流輸出端接DC/AC變換器的輸入端；所述功率驅(qū)動器(Ul)的兩個輸入端分別接DSP的GPIOO和GPIOl端；所述電池電壓傳感器(Vl)接于光伏電池(B)兩端，其輸出信號經(jīng)第一信號調(diào)理電路(TLl)接DSP的ADCINA0端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，所述DC/AC變換器包括包括四個場效應(yīng)管、H橋驅(qū)動芯片(U2)、輸出電壓傳感器(V2)、輸出電流傳感器(I)和兩個信號調(diào)理電路，四個場效應(yīng)管接成全橋電路，所述全橋電路的直流輸入端接整流橋(ZQ)的直流輸出端，其輸出電壓經(jīng)濾波器(LB)驅(qū)動負(fù)載(Z)，所述H橋驅(qū)動芯片(U2)的四個輸入端分別接DSP的不同輸出端，其四個輸出端分別接四個場效應(yīng)管(Q7~Q10)的柵極；所述輸出電流傳感器(I)接在全橋電路的輸出回路中，其信號輸出端經(jīng)第二信號調(diào)理電路(TL2)接DSP的ADCINA1端口，所述輸出電壓傳感器(V2)并接在負(fù)載(Z)上，其信號輸出端經(jīng)第三信號調(diào)理電路(TL3)接DSP的ADCINA2端口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，所述濾波器(LB)包括六個電感(LI~L6)和兩個電容，六個電感(LI~L6)接成共模-差模-共模-差模四級濾波器，第七電容(C7)和第八電容(CS)分別并接在四級濾波器的輸入端和輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多變壓器推挽型光伏逆變器，其特征是，所述整流橋(ZQ)的直流輸出端設(shè)置有濾波電容(C9)。
【文檔編號】H02M7/5387GK103684028SQ201310685965
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】馬良玉, 馬云龍, 劉衛(wèi)亮, 林永君, 劉長良, 馬進, 陳文穎, 馬永光 申請人:華北電力大學(xué)（保定）