一種單級式z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器及控制方法，尤其涉及 一種兼有諧波和無功補償?shù)膯渭壥絑源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于外界環(huán)境變化對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)影響較大，其輸出功率直接受當前環(huán)境 太陽輻照和溫度影響。為使得并網(wǎng)光伏系統(tǒng)輸出功率最大化，廣泛采用兩級式并網(wǎng)光伏系 統(tǒng)，一般采用前級Boost變換器起到直流電壓提升與最大功率點跟蹤（MPPT)功能，再由后 級逆變器進行光伏系統(tǒng)并網(wǎng)控制，其優(yōu)點在于控制簡單，但多級的系統(tǒng)將產(chǎn)生更多的能量 損耗，降低了系統(tǒng)效率。
[0003] 另一方面，光伏電站逐步向大容量方向發(fā)展且開始承擔一定的本地負荷，通過光 伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)控制功能，向電網(wǎng)中補償無功，已成為光伏電站接入電網(wǎng)的核 心技術(shù)之一。其主電路具有電壓型全橋逆變電路，與傳統(tǒng)的有源濾波和無功功率補償裝置 主電路一致，因此可以利用光伏系統(tǒng)進行無功補償，輸出一定的無功功率，并抑制電網(wǎng)電流 諧波。但傳統(tǒng)的兩級式或單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)效率低于Z源逆變器，未能將高效的Z源逆 變器與無功補償功能相結(jié)合，未實現(xiàn)系統(tǒng)整體的統(tǒng)一控制方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器及控制 方法，基于Z源逆變器的單級式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)利用Z源網(wǎng)絡和逆變器直通時間進行升壓，同 時可實現(xiàn)并網(wǎng)電流逆變控制，兼有諧波和無功補償，整體結(jié)構(gòu)緊湊，效率更高，工作更可靠。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器，其特征在于，包括分別與太陽能 光伏陣列相連的光伏電壓采樣模塊和光伏電流采樣模塊，與Z源網(wǎng)絡相連的電容電壓采樣 模塊，與三相電網(wǎng)相連的電網(wǎng)電壓采樣模塊和電網(wǎng)電流采樣模塊；
[0007] 所述光伏電流采樣模塊順次與MPPT模塊、第一減法器、光伏電壓PI控制器、帶直 通比的SVPWM模塊相連，所述光伏電壓采樣模塊分別與MPPT模塊和第一減法器相連；
[0008] 所述電容電壓采樣模塊順次與Z源輸出電壓計算模塊、第二減法器、母線電壓PI 控制器、第三減法器相連；
[0009] 所述電網(wǎng)電壓采樣模塊分別與帶直通比的SVPWM模塊和鎖相環(huán)模塊相連，所述鎖 相環(huán)模塊分別與C坐標變換模塊、r坐標變換模塊相連；
[0010] 所述電網(wǎng)電流采樣模塊順次與c32坐標變換模塊、C坐標變換模塊、低通濾波器模 塊、第三減法器、r坐標變換模塊、c23坐標變換模塊、第四減法器、并網(wǎng)電流控制模塊、帶直 通比的SVPWM模塊相連；
[0011] 所述電網(wǎng)電流采樣模塊與第四減法器相連，所述帶直通比的SVPWM模塊輸出PWM 控制信號。
[0012] 一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制方法，其特征在于：
[0013] MPPT模塊通過實時測量的光伏陣列輸出電壓UPV和電流IPV確定當前功率，并尋求 光伏陣列最大功率，獲得光伏陣列目標電壓仏％
[0014] 光伏電壓PI控制器通過當前光伏陣列電壓UPV與仏：^的誤差，輸出直通比控制信 號D。至帶直通比的SVPWM模塊；
[0015] 電網(wǎng)電壓采樣模塊采集三相電網(wǎng)的實時電壓ea、eb、e。輸出至帶直通比的SVPWM模 塊，并將A相實時電壓ea輸出至鎖相環(huán)模塊；
[0016] 電網(wǎng)電流米樣模塊米集二相電網(wǎng)的實時電流iab。并進行坐標變換后獲得有功電 流信號ip，獲得其直流分量同時，Z源輸出電壓峰值計算模塊計算出Z源輸出端電壓 uz，通過減法器與母線電壓設定值^I比較，將誤差輸入母線電壓PI控制器，獲得控制信號 A/,：；
[0017] &與Ai/;經(jīng)過減法器處理后，經(jīng)過坐標變換得到三相靜止坐標系下電流值iabrf， 1^與3相電網(wǎng)的實時電流iab。進行相減獲得無功電流與諧波電流總和iabc；h，將其輸入并網(wǎng) 電流控制模塊，獲得SVPWM調(diào)制信號ua與up，并與帶直通比的SVPWM模塊連接，形成帶直 通矢量的SVPWM，將輸出的統(tǒng)一控制PWM信號接入全橋逆變電路，實現(xiàn)兼有諧波和無功補償 的Z源逆變器統(tǒng)一控制。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：通過調(diào)節(jié)直通占空比，實現(xiàn)光伏陣列最大功率跟蹤功能以 及Z源網(wǎng)絡電壓提升，同時采用基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，獲得包含并網(wǎng)有 功、無功及諧波電流的指令電流，基于帶直通比的SVPWM，發(fā)明了系統(tǒng)統(tǒng)一控制方法；系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)緊湊，在實現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電的同時，可降低電網(wǎng)電流諧波并補償電網(wǎng)無功 功率，節(jié)約成本，高效可靠。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明Z源網(wǎng)絡的電路圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明統(tǒng)一控制方法的穩(wěn)態(tài)時逆變器輸出電流、非線性負荷電流以及電網(wǎng) A相電流的仿真結(jié)果；
[0022] 圖4是本發(fā)明統(tǒng)一控制方法的諧波抑制前后電網(wǎng)A相電流THD的仿真結(jié)果；
[0023] 圖5是本發(fā)明統(tǒng)一控制方法的Z源逆變器無功補償仿真結(jié)果。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的詳細描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0025] 一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制器，如圖1所示，包括分別與太陽能光 伏陣列101相連的光伏電壓采樣模塊201和光伏電流采樣模塊202,與Z源網(wǎng)絡102相連 的電容電壓采樣模塊203,與三相電網(wǎng)相連的電網(wǎng)電壓采樣模塊204和電網(wǎng)電流采樣模塊 205〇
[0026] 所述光伏電流采樣模塊202順次與MPPT模塊207、第一減法器、光伏電壓PI控制 器206、帶直通比的SVPWM模塊210相連，所述光伏電壓采樣模塊201分別與MPPT模塊207 和第一減法器相連，其中，所述直通比為全橋逆變電路103中開關(guān)器件在一個調(diào)制周期內(nèi)， 上下橋臂直通時間所占比例；
[0027] 所述電容電壓采樣模塊203順次與Z源輸出電壓計算模塊208、第二減法器、母線 電壓PI控制器209、第三減法器相連；
[0028] 所述電網(wǎng)電壓采樣模塊204分別與帶直通比的SVPWM模塊210和鎖相環(huán)模塊217 相連，所述鎖相環(huán)模塊217分別與C坐標變換模塊213、(T坐標變換模塊215相連；
[0029] 所述電網(wǎng)電流采樣模塊205順次與C32坐標變換模塊212、C坐標變換模塊213、低 通濾波器模塊214、第三減法器、（T坐標變換模塊215、C23坐標變換模塊216、第四減法器、 并網(wǎng)電流控制模塊211、帶直通比的SVPWM模塊210相連；
[0030] 所述電網(wǎng)電流采樣模塊205與第四減法器相連，所述帶直通比的SVPWM模塊210 輸出PWM控制信號。
[0031] 優(yōu)選，所述帶直通比的SVPWM模塊210與全橋逆變電路103相連，所述太陽能光伏 陣列101與Z源網(wǎng)絡102相連，所述Z源網(wǎng)絡102與全橋逆變電路103相連，所述全橋逆變 電路103通過濾波電感Lf與三相電網(wǎng)連接。
[0032] 優(yōu)選，所述Z源網(wǎng)絡102如圖2所示，其包括Z源網(wǎng)絡電容C1、C2和Z源網(wǎng)絡電感 Ll、L2,且Z源網(wǎng)絡電感L1的兩端分別與電容C1與C2的正極相連，Z源網(wǎng)絡電感L2的兩 端分別與電容C2與C1的負極相連。
[0033] 優(yōu)選，各個坐標變換模塊如下：
[0034] C32坐標變換模塊212的坐標變換為：
[0035]
[0036] C坐標變換模塊213的坐標變換為：
[0037]
[0038] (T及C23坐標變換分別為C和C32變換的逆變換。
[0039] 需說明的是，Z源輸出電壓計算模塊208和并網(wǎng)電流控制模塊211均是現(xiàn)有技術(shù)， 其中并網(wǎng)電流控制模塊211將輸入的電流信號iabc;h進行C32和C坐標變換，獲得同步旋轉(zhuǎn)坐 標系下電流分量乂/與 <，再通過PI控制器解耦后，分別對有功電流id與無功電流i5進 行控制，輸出SVPWM調(diào)制信號ud與uq，PI控制器解耦方法為：
[0040]
[0041] 式中，&為PI控制器比例系數(shù)，K$PI控制器積分系數(shù)，s為復頻域變量，《為 電角度，LF為圖1中濾波器電感值,ed、eq分別為電網(wǎng)電壓在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下分量，最后再 對信號叫與uq進行(T坐標變換，輸出兩相靜止坐標系下SVPWM調(diào)制信號ua與ue。
[0042] 相應的，一種單級式Z源光伏并網(wǎng)逆變器的統(tǒng)一控制方法，具體如下：
[0043] MPPT模塊207通過實時測量的光伏陣列輸出電壓UPV和電流IPV確定當前功率，并 尋求光伏陣列最大功率，獲得光伏陣列目標電壓盡;
[0044] 光伏電壓PI控制器206通過當前光伏陣列電壓心與以啲誤差，輸出直通比控 制信號D。至帶直通比的SVPWM模塊210;
[0045] 電網(wǎng)電壓采樣模塊204采集三相電網(wǎng)的實時電壓ea、eb、e。輸出至帶直通比的 SVPWM模塊210,并將A相實時電壓ea輸出至鎖相環(huán)模塊217;
[0046] 電網(wǎng)電流米樣模塊205米集二相電網(wǎng)的實時電流iab。并進行坐標變換后獲得有功 電流信號ip，獲得其直流分量同時，Z源輸出電壓峰值計算模塊208計算出Z源輸出端 電壓Uz，通過減法器與母線電壓設定值比較，將誤差輸入母線電壓PI控制器209,獲得 控制信號
[0047] &與A/J經(jīng)過減法器處理后，經(jīng)過坐標變換得到三相靜止坐標系下電流值iabrf， 1^與3相電網(wǎng)的實時電流iab。進行相減獲得無功電流與諧波電流總和iabc；h，將其輸入并網(wǎng) 電流控制模塊211，獲得SVPWM調(diào)制信號ua與up，并與帶直通比的SVPWM模塊210連接，形 成帶直通矢量的SVPWM，將輸出的統(tǒng)一控制PWM信號接入全橋逆變電路103,實現(xiàn)兼有諧波 和無