[发明专利]单相光伏并网发电系统的控制方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网型光伏发电系统控制技术，具体是一种单相光伏并网发电系统的控制方法及其装置。

背景技术

小型光伏发电系统的性价比是推广应用的前提，在目前的工艺技术条件下，影响效率的主要因素是光伏电池组件和光伏并网控制器的效率，而光伏电池组件效率由组件厂的生产工艺决定，因此，提高系统效率的关键在于并网控制器的并网逆变控制技术和最大功率跟踪技术。

单相光伏并网发电系统如图1所示。单相光伏并网发电系统由光伏组件、控制器及电网组成。控制器由升压电路、逆变电路、滤波电路、电量检测电路、驱动电路及控制电路组成。控制器的作用是控制光伏发电系统进行最大功率跟踪、并网逆变控制及系统保护等等。

由于光伏并网发电系统在运行过程中存在发电效率低下的问题，因此设计性能良好的最大功率跟踪方法是提高光伏并网发电系统的发电效率的关键。

光伏组件是一个既非电压源又非电流源的非线性直流电源，其输出功率主要受光照强度和表面温度两个因素的影响。因此光伏发电系统需要以适当的速度进行最大功率跟踪，当跟踪的速度足够快时，在一小段时间内可把光照和温度视为恒定，此时光伏电池组件的PV曲线如图2所示。如果升压电路后端的等效电阻为R，升压电路开头管的占空比为D，则光伏组件后端的等效电阻为

          (1)

因为D 的数值在0和1之间，所以从式（1）可知，当D 增大时，R_PV 减小；反之则增大。

目前光伏组件的最大功率跟踪策略一般用扰动观测法，其基本思想是：当系统工作在如图2所示曲线的最大功率点A左边时，则减小升压电路的占空比D，使光伏组件后端的等效电阻R_PV 增大，以增大光伏组件的输出电压，使其输出功率增大；当系统工作在该曲线A点右边时，则增大D。

扰动观测法适应性好，但是，定步长的扰动观测法会使功率跟踪时间长，动态响应差。

对于单相光伏并网发电系统逆变电路的控制，一般采样电压源输入、电流源输出的控制方式，即对并网电流进行控制。当母线电压稳定时，单环的PI算法加上软件锁频锁相和电网电压前馈，即可使逆变器输出电流满足并网要求。其基本思想是：在DSP软件中用查表方式产生正弦波，通过捕获电网电压的相位和频率，对该正弦波进行锁频锁相后得到参考电流，再参考电流与反馈电流比较后产生的误差进行PI调节，PI控制器的输出加上电网电压前馈量后得到PWM信号，经驱动电路放大后控制逆变电路开关管的通断。

单环的电流控制在母线电压稳定的情况下可以使并网电流满足要求，但当母线电压不稳定，特别是由于前级的升压电路用于最大功率控制而无法稳定母线电压时，有很大的局限性。

发明内容

本发明目的在于提供一种单相光伏并网发电系统的控制方法及其装置。本控制方法及其装置，针对传统的采用定步长扰动观测的控制方法所存在的跟踪时间长、动态响应差的缺陷，以及传统的采用单环电流控制的方式所存在的母线电压不稳定的缺点，利用可变步长扰动观测的控制方法，以加快功率跟踪时间和改善动态响应，并用双环PI算法实现逆变并网功能，以稳定母线电压，使系统工作更可靠。

本发明的另一目的是为了实施上述控制方法，而提供一种单相光伏并网发电系统的控制装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

单相光伏并网发电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）通过控制装置中的电压采样电路模块和电流采样电路模块检测光伏组件的输出电压和输出电流，得到光伏组件的输出功率；同时检测电网电压、并网电流和直流母线电压。

（2）利用控制装置中的DSP控制电路模块，依据步骤（1）中的参数得到的光伏组件的输出功率—输出电压曲线的斜率，采用变步长扰动观测最大功率跟踪算法计算控制装置中的升压电路模块中功率开关的导通时间；

（3）利用控制装置中的DSP控制电路模块，依据步骤（1）中的直流母线电压、电网电压和并网电流，采用双环PI并网逆变控制算法，计算控制装置中逆变电路模块功率开关的导通时间；所述双环PI并网逆变控制算法，是在单环PI控制的基础上加入电压环，构成内外环的双环PI控制算法，内环控制并网电流，使逆变器输出与电网电压同频同相的正弦电流；外环控制母线电压，为逆变器提供稳定的直流电压，电压环中PI控制器的输出是内环参考电流的幅值；