[实用新型]一种单级式光伏并网逆变系统的三环控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光伏并网系统的控制方法，具体是一种单级式光伏并网逆变系统的三环控制装置。

背景技术

光伏并网发电系统按照拓扑等级分为单级式和多级式系统。单级式并网发电系统的前端光伏电池板通过逆变器直接并入电网，具有拓扑简单、成本低、效率高等优点，但其控制策略复杂，需要在逆变器的控制芯片上实现并网电流控制，同时兼顾最大功率跟踪控制和系统稳定性。

单级式光伏并网系统主电路由太阳能光伏阵列、直流母线电容、逆变桥、滤波电感等组成。并网电流和最大功率跟踪通过控制后端逆变部分实现，逆变部分需要一块DSP控制器，这里采用电流型并网控制策略，实现并网电流与电网电压同步且实现最大功率跟踪控制。

单级式光伏并网逆变系统传统控制方法采用功率外环和电流内环的双环控制结构，功率外环实现最大功率跟踪，电流内环实现电流波形与电网电压同步。这种双环控制简单而直接，通过MPPT功率外环直接控制电流内环，同时根据前端最大功率跟踪相应改变并网的电流值，控制电流的波形符合并网要求。然而，由于系统双环控制方法没有对直流母线电压进行直接控制，系统容易出现直流侧电压崩溃的现象，所以有必要引入直流母线电压环的控制。

双环控制在跟踪最大功率点时不断调整并网电流值，如系统此时外界光照突然减小，而控制器无法给出一个合适的电流参考值，会造成输出的功率大于光伏电池板提供的功率，功率不平衡会导致直流侧工作点电压降低，太阳能电池板工作点电压降低时输出功率也会相应降低，从而进一步加剧功率不平衡，如此循环会导致直流侧电压崩溃，电流畸变引起谐波污染，危害电网和设各种备，因此双环控制有很大局限性。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种单级式光伏并网逆变系统的三环控制装置。本实用新型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，以及传统的采用双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，并用三环实现逆变并网功能，以稳定母线电压，使系统工作更可靠。

一种单级式光伏并网逆变系统的三环控制装置，包括采样电路、捕获电路、DSP控制器和驱动电路，采样电路与DSP控制器连接，捕获电路与DSP控制器连接，DSP控制器输出与驱动电路连接。

进一步的，所述采样电路由直流母线电压采样电路、直流电流采样电路、电网电压采样电路、并网电流采样电路四部分组成。

进一步的，直流母线电压采样电路的输入接太阳能电池板输出电压，直流电流采样电路的输入接太阳能电池板输出电流，电网电压采样电路的输入接电网电压，并网电流采样电路的输入接逆变器输出电流；采样电路输出都接入DSP控制器；DSP控制器输出一组互补的PWM信号，接到驱动电路进行功率放大，驱动电路输出的信号接到逆变桥对开关管进行控制。

进一步的，所述DSP控制器采用DSP-TMS320LF2407A型控制器。

上述一种单级式光伏并网逆变系统的三环控制装置的控制方法，一个控制周期包括如下步骤：

（1）通过电压采样和电流采样电路检测太阳能电池板的输出电压、太阳能电池板的输出电流、电网电压、并网电流；

（2）利用DSP控制器，依据步骤（1）中太阳能电池板电压、电流的的参数得到的太阳能电池板的输出功率，与上一次太阳能电池板电压和功率数据比较，采用最大功率跟踪算法计算直流母线输出参考电压；

（3）利用DSP控制器，依据步骤（1）的太阳能电池板的输出电压，与步骤（2）中的直流母线输出参考电压作差得到误差电压值，经过一个PI环节计算出并网电流参考值；

（4）由步骤（3）得到参考并网电流值和步骤（1）的并网电流作差比较，在DSP控制器中经过一个PI比例积分运算得到误差值；得到的误差值与步骤（1）电网电压前馈值相加得到下一个控制周期的调制波信号值；

（5）步骤（4）得到的调制波信号经DSP控制器进行三角波调制，并计算得到下一控制周期开关管的占空比，由该占空比产生一组互补的PWM信号；

（6）步骤（5）得到的一组互补的PWM信号经驱动电路进行功率放大后送至逆变桥对开关管进行控制，并等待下一控制周期的到来，控制周期由电网频率f₁决定。

进一步的，所述最大功率跟踪算法采用变步长扰动观测法。

所述变步长扰动观测法包括以下步骤：