[发明专利]一种基于改进无差拍控制方法的级联式光伏并网系统

摘要

一种基于改进无差拍控制方法的级联式光伏并网系统，其特征在于它是由逆变器单元、滤波器单元、Grid、PLL锁相环、PWM发生电路、PWM调制单元以及参数采集单元构成；其工作方法包括采集、调制、无差拍控制、输出；其优越性在于可操作性强，便于实际应用；L型滤波器可很好地完成谐波抑制工作；系统具有良好的动态性能及抗干扰性能。

主权项

一种基于改进无差拍控制方法的级联式光伏并网系统，其特征在于它是由逆变器单元、滤波器单元、Grid、PLL锁相环单元、PWM发生电路单元、PWM调制单元以及参数采集单元构成；其中，所述逆变器单元的输入端接收PWM发生电路单元的输出信号，其输出端与滤波器单元的输入端连接；所述滤波器单元的输出端与Grid连接；所述PLL锁相环单元的输入端采集Grid的输入输出端信号；所述参数采集单元的输入端采集滤波器单元的输出信号，其输出端连接PWM调制单元的输入端；所述PWM调制单元的输入端连接PWM调制单元的输出端，其输出端与逆变器单元的输入端连接；所述逆变器单元由至少一个小电源单元构成；所述小电源单元由一块光伏电池板和一个逆变器组成；所述每块光伏电池板连接一个逆变器；所述小电源模块之间以串联的方式连接；所述参数采集单元是由参考电压电流信号模块及状态变量信号采集模块构成；所述状态变量信号采集模块采集滤波器单元的输出信号；所述参考电压电流信号模块设置给定的电压电流参考值；其工作方法为：①由光伏电池板接受太阳能并将其转换为电能，光伏电池板输出的直流电经逆变器单元逆变之后成为交流电，再经滤波器单元滤波，经过PLL锁相环单元之后馈入Grid大电网中；设光伏电池板的输出电压为Un；②参数采集单元从滤波器单元中采集系统状态变量的数据，即：系统实时电压和电流数据，与参考电压Uref和参考电流Iref一同送入PWM调制单元，调制产生PWM发生电路单元的控制信号，使PWM发生电路单元产生PWM脉冲信号，从而控制逆变器单元中电力电子开关的通断；③在PWM调制单元中，采用阶梯波逼近的改进无差拍控制方法，配合级联光伏系统结构，控制交流侧输出多电平电压的同时实现单位功率因数并网；所述步骤③中阶梯波逼近的改进无差拍控制方法是由以下步骤构成：(I)对于含有3个小电源单元的逆变器单元，逆变器的电力电子开关为H桥结构，所述光伏电池直流侧输出的电压分别为U1、U2、U3，且假设直流侧电压能稳定于设定的参考值，即U1＝U2＝E，U3＝2E，用Ls表示滤波电感，iL表示并网电流，voi表示第i个逆变器交流侧输出电压，vo表示系统交流侧整体输出电压，Ug表示电网电压，则有：vo＝vo1+vo2+vo3   (1)vo=LsdiLdt+Ug---(2)]]>(II)设一个数字采样周期为T，把式(2)离散化可知在第n个周期满足vo(n)=LsT[iL(n+1)-iL(n)]+Ug(n)---(3)]]>式中，vo(n)、iL(n)、Ug(n)分别为各变量在第n个周期的采样值；为实现并网电流iL(n)能有效跟踪并网参考电流iLref，下个周期应满足iL(n+1)＝iLref(n+1)，进而有vo(n)=LsT[iLref(n+1)-iL(n)]+Ug(n)---(4)]]>(III)根据式(4)可以计算得到第n个周期所期望的交流侧整体输出电压vo(n)，因此只需根据vo(n)的大小对3个逆变器的H桥进行控制进而使式(1)成立，便可实现无差拍控制算法对级联式系统的控制；(IV)对于引入阶梯波逼近，即使用U2、U3的线性组合来实现vo(n)中E的整数倍部分，对U1进行斩波控制来实现vo(n)的剩下部分，即对两个逆变器的H桥，记作H2和H3，进行低频开关控制，对另外一个逆变器H桥，记作H1，进行高频斩波控制，则此时式(1)即变成：vo＝d1U1+S2U2+S3U3   (5)其中，d1为10kHz的占空比信号，取值在‑1～1之间；S2、S3为1kHz的开关信号，可取1、‑1或0；当vo(n)>0时，开关控制信号S2、S3的具体取值情况如式(6)所示：S2=1,S3=1,vo(n)∈[3E,4E)S2=0,S3=1,vo(n)∈[2E,3E)S2=1,S3=0,vo(n)∈[1E,2E)S2=0,S3=0,vo(n)∈[0,E)---(6)]]>(V)若vo(n)<0，则式(6)中S2、S3的值相应取反；已知S2、S3值后，根据式(4)和(5)可计算斩波控制信号d1的大小：d1=LsTU1[iLref(n+1)-iL(n)]+Ug(n)-S2U2-S3U3U1---(7)]]>式(6)和(7)给出了系统逆变部分的控制信号，可知在d1、S2、S3的共同控制下，式(1)成立；式(7)在计算公式中引入了直流侧电压U1及电网电压Ug(n)，从而可以有效抑制输入直流电压的波动和电网电压的干扰对并网电流的不良影响，提高了系统的抗干扰性；相比于传统的载波信号调制方法，它直接使用占空比对H桥进行控制，避免了调制信号和载波信号频繁的比较过程，使控制更加可靠和快速；(VI)考虑到H1和H2可以输出E、‑E和0三种电平，H3可以输出2E、‑2E和0三种电平，因此通过三个逆变器的三个输出电压vo1、vo2、vo3的不同组合，即可实现vo的9电平输出，从而实现交流侧的多电平输出；且因为H2和H3工作于1kHz较低的开关频率下，有效降低开关损耗；避免H2和H3的开关器件误动作，即使H1的开关器件误动作，输出vo也不会大幅度偏离期望值。