CN101969272B - 一种光伏逆变器并网电流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器并网电流控制装置，通过电流检测电路对并网电流进行采样，将电流波形依据其对应的相位分为M个点分别进行PI控制，其中参考值

也与该时刻相位对应，PI控制的输入是电流检测电路对各个相位的电流采样值与电流参考值进行比较得到电流误差

误差信号经PI控制环节产生控制量e_m，控制量e_m与合成的总控制量E_m再通过脉冲宽度调制信号产生电路生成产生占空比K随合成的总控制量E_m变化的脉冲宽度调制信号PWM去控制逆变桥电路中功率开关管的开关时间比，从而达到对并网电流的控制，使输出并网电流与电网电压同频同相，同时也可以控制并网电流达到期望的期望电流峰值I_peak。

Description

一种光伏逆变器并网电流控制装置

技术领域

本发明属于光伏逆变并网发电***技术领域，更为具体地讲，涉及一种光伏逆变器并网电流控制装置。

背景技术

目前太阳能光伏逆变发电***已经被全世界许多国家所关注，光伏逆变器作为光伏逆变并网发电***的关键部分也得到了很大的发展。通常情况下，如图1所示，光伏逆变并网发电***都是由太阳能电池板阵列1、光伏逆变器2组成。其中，光伏逆变器2包括最大功率点跟踪(MPPT)模块201、母线电路202、逆变桥电路203和控制电路204部分，功能就是将太阳能转化为电能并将能量输送到电网3。

图1是光伏逆变并网发电***的基本结构图。太阳能电池板阵列1的功能就是将太阳能转化为电能，最大功率点跟踪(MPPT)模块201与太阳能电池板阵列1直接相连，以调节太阳能电池板的工作状态，使太阳能电池板工作在最大功率点上。母线电路202通过最大功率点跟踪模块201上的升压电路与太阳能电池板阵列1相连，当其母线电压升高到指定的值时***开始进行能量传输，将太阳能电池板转化的电能输送到逆变桥电路203上。逆变桥电路203负责将母线电路202传送的直流电转换为交流电(通常是50Hz市电)。控制电路204是整个光伏逆变并网发电***稳定工作的关键，最大功率跟踪的实现、母线电压的平衡稳地控制、逆变桥电路电流的跟踪控制都要依靠控制电路204进行运算和调度。

光伏逆变器2的并网电流跟踪控制是实现并网发电的关键，获取与电网电压同频同相的并网电流，并保证其波形畸变在规定范围之内，是光伏逆变器正常、稳定工作的重点和难点。通常的并网电流控制方法有间接和直接两种控制方式，相对于间接电流控制方法，直接控制具有控制电路简单、对***参数的依赖性低、***动态响应速度快等优点。然而常用的直接PI电流控制方法不仅精度不高，而且会产生电流相移，会导致整个逆变器的工作效率较低，并网电流出现相位误差和波形失真等问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种光伏逆变器并网电流控制装置，可以使并网电流快速并且准确地达到与电网电压同频同相。

为实现上述发明目的，本发明光伏逆变器并网电流控制装置，其特征在于，包括：

一电流检测电路，用于对并网电流I_net进行采样，采样周期为T，则得到一个并网电流基波周期L内的M个电流采样值

其中，M＝L/T，m＝0，1，2…，M-1，电流采样值

对应并网电流基波的0相位点；

一比较器，用于对各相位的电流采样值

与对应相位的期望电流

进行比较，输出电流误差

其中，

I_peak为期望电流峰值；

一PI控制器，用于根据电流误差

产生控制量e_m；

一加法电路，用于将控制量e_m与电网电压的前馈量

进行相加，合成总控制量E_m；

一脉冲宽度调制信号产生电路，用于根据合成的总控制量E_m，产生占空比K随合成的总控制量E_m变化的脉冲宽度调制信号PWM去控制逆变桥电路中功率开关管的开关时间比；

当电流检测电路检测到并网电流基波的某一点电流采样值

小于对应相位的期望电流

时，输出电流误差

为正，PI控制器产生正的控制量e_m与电网电压的前馈量进行相加，合成总控制量E_m增加，这样，该点脉冲宽度调制信号PWM的占空比K增大，该点的并网电流

增加，直至与对应相位的期望电流

相等；反之，当电流检测电路检测到并网电流基波的某一点电流采样值

大于对应相位的期望电流

时，输出电流误差

为负，PI控制器产生负的控制量e_m与电网电压的前馈量

进行相加，合成总控制量E_m减小，这样，该点脉冲宽度调制信号PWM的占空比K减小，该点的并网电流

减小，直至与对应相位的期望电流

相等；这样，并网电流基波周期L内的M个点都进行相同的控制，使得输出并网电流与电网电压同频同相，同时达到期望的电流峰值。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明光伏逆变器并网电流控制装置，通过电流检测电路对并网电流进行采样，将电流波形依据其对应的相位分为M个点分别进行PI控制，其中参考值

也与该时刻相位对应，PI控制的输入是电流检测电路对各个相位的电流采样值与电流参考值

进行比较得到电流误差

误差信号

经过PI控制环节产生控制量e_m，控制量e_m与

合成的总控制量E_m再通过脉冲宽度调制信号产生电路生成产生占空比K随合成的总控制量E_m变化的脉冲宽度调制信号PWM去控制逆变桥电路中功率开关管的开关时间比，从而达到对并网电流的控制，使输出并网电流与电网电压同频同相，同时也可以控制并网电流达到期望的期望电流峰值I_peak。

附图说明

图1光伏逆变并网发电***的基本结构图；

图2是本发明光伏逆变器并网电流控制装置一种具体实施方式的原理框图；

图3是延迟控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图2是本发明光伏逆变器并网电流控制装置一种具体实施方式的原理框图。

在本实施例中，如图2所示，本发明的光伏逆变器并网电流控制装置，包括电流检测电路2041、比较器2042、PI控制器2043、加法电路2044以及脉冲宽度调制信号产生电路2045。

如图2所示，电流检测电路2041对并网电流I_net进行采样，采样周期为T，则得到一个并网电流基波周期L内的M个电流采样值

其中，M＝L/T，m＝0，1，2…，M-1，电流采样值

对应并网电流基波的0相位点。

比较器2042对各相位的电流采样值

与对应相位的期望电流

进行比较，输出电流误差

其中，

I_peak为期望电流峰值；

然后在PI控制器2043中，根据电流误差

产生控制量e_m送到加法电路2044，用于将控制量e_m与电网电压的前馈量进行相加，合成总控制量E_m。

脉冲宽度调制信号产生电路2045根据合成的总控制量E_m，产生占空比K随合成的总控制量E_m变化的脉冲宽度调制信号PWM去控制逆变桥电路203中功率开关管的开关时间比。从而达到对并网电流的控制，使输出并网电流I_net与电网电压同频同相，同时也可以控制并网电流达到期望的期望电流峰值I_peak。本发明的光伏逆变器并网电流控制装置置于光伏逆变器中，作为其控制电路的组成部分。

脉冲宽度调制信号产生电路2045输入控制量，总控制量E_m是由两部分相加而成：一部分是电网电压的前馈量另一部分是图中PI控制器2043的输出e_m。电网电压的前馈量

占总控制量E_m的主要比例，它用于产生稳定的电压与电网电压持平不至电网电压倒灌光伏逆变器。PI控制器控制输出量主要用于产生和调节输出电流波形，其数值占总控制量的比例较小，且要求控制精度较高。因此，PI控制器比例积分Kp的增益取较小的值有利于提高***的稳定性。

并网电流的幅值是由功率开关管(IGBT)等效输出电压与电网电压之差决定的，通过功率开关闭合和断开的时间可以控制其等效输出电压。由于功率开关的控制频率远高于并网电流的频率，在整体的控制过程中，每次的数据采样、运算及功率开关的动作都是不相关的，所以控制器对每个相位上并网电流的控制也是独立的。因此，可以采用本发明光伏逆变器并网电流控制装置对并网电流I_net进行控制，以消除了不同相位点之间的影响，使控制更加精确，输出波形效果更好。

如图2所示，在光伏逆变器工作的过程中，由于控制***本身从并网电流I_net采样到对数据进行处理，再产生脉冲宽度调制信号PWM对功率开关管进行控制需要一定的时间，而且并网电感上也存在延迟，所以对某一个相位点电流的采样、运算和控制不可能在同一个周期内完成。针对这一问题，在本实施例中，如图2所示，采用了延迟控制的方法：在通用PI控制原理的基础上，对PI控制器2043进行了改进，在PI控制器2043中积分器后加入了延迟器Z^-N，延迟器Z^-N输出一路反馈回输入端；电流采样值经过与参对应相位的期望电流进行比较，输出电流误差然后PI控制器2043对电流误差

做PI控制运算，其中，积分量在延迟器中延迟N个采样点，这样，PI控制器2043输出的控制量e_m延长N个采样点，作为下一周期的对应相位点并网电流的控制。图2中的Kp和Ki分别表示PI控制器的比例和积分参数。

图3是延迟控制示意图。

如图3所示在积分环节加入延迟，抵消了各种时间延迟造成的控制量滞后，减少了由于采样点与实际控制点对应出错而造成的***错误。图2中，实际控制点与采样点之间为一个基波周期L，实际控制点与控制点之间为***本身控制产生的延迟。对于延迟采样点数N的选取与每个基波周期采样点数M和***本身的控制延迟n有关，n的单位为一个采样点个数，并网电流基波周期为L，采样周期为T，则：

延迟采样点数N的确定公式为：

N＝M-n

在大惯性环境下，提前输出控制量并在实际输出点采样，可以最大程度的降低采样与控制点失匹的问题。另外，比例环节所占比例在控制量中十分微小，因此不需要特意加入延迟控制。

本发明应用于5000w太阳能逆变***中，可获得波形畸变THD小于2％的输出电流，该***中电流基波的周期为0.02s，采样的周期为55.5μs，控制的延迟n选择了4，所以N的大小为356。

本发明采用的独立相位PI控制方法具有算法简单，易于数字化和高速控制，鲁棒性好，可靠性高，参数易整定的优点。同时分点PI控制与延迟控制方法相结合，消除了积分环节给***带来的相位滞后和控制***容易不稳定等传统PI控制无法克服的问题，提高了***的控制准确性和稳定性，从而可以使控制***稳定快速的跟踪控制并网电流，使其快速准确的达到要求。同时，跟踪电网电流速度快，输出电流波形谐波畸变小；该控制装置运行稳定，控制误差小、准确度高。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种光伏逆变器并网电流控制装置，其特征在于，包括：

一电流检测电路，用于对并网电流I_net进行采样，采样周期为T，则得到一个并网电流基波周期L内的M个电流采样值

其中，M＝L/T，m＝0，1，2…，M-1，电流采样值

对应并网电流基波的0相位点；

一比较器，用于对各相位的电流采样值

与对应相位的期望电流

进行比较，输出电流误差其中，

$I_{{\mathrm{err}}_m}=I_{{\mathrm{ref}}_m}-I_{{\mathrm{net}}_m},$ $I_{{\mathrm{ref}}_m}=\mathrm{Sin}\left(\frac{2*\mathrm{\π}*m}{M}\right)*I_{\mathrm{peak}},$ I_peak为期望电流峰值；

一PI控制器，用于根据电流误差

产生控制量e_m；

一加法电路，用于将控制量e_m与电网电压的前馈量

进行相加，合成总控制量E_m；

一脉冲宽度调制信号产生电路，用于根据合成的总控制量E_m，产生占空比K随合成的总控制量E_m变化的脉冲宽度调制信号PWM去控制逆变桥电路中功率开关管的开关时间比；

当电流检测电路检测到并网电流基波的某一点电流采样值

小于对应相位的期望电流时，输出电流误差

为正，PI控制器产生正的控制量e_m与电网电压的前馈量

进行相加，合成总控制量E_m增加，这样，该点脉冲宽度调制信号PWM的占空比K增大，该点的并网电流

增加，直至与对应相位的期望电流

相等；反之，当电流检测电路检测到并网电流基波的某一点电流采样值大于对应相位的期望电流

时，输出电流误差

为负，PI控制器产生负的控制量e_m与电网电压的前馈量进行相加，合成总控制量E_m减小，这样，该点脉冲宽度调制信号PWM的占空比K减小，该点的并网电流

减小，直至与对应相位的期望电流

相等；这样，并网电流基波周期L内的M个点都进行相同的控制，使得输出并网电流与电网电压同频同相，同时达到期望的电流峰值。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器并网电流控制装置，其特征在于，所述的PI控制器中，在其积分器后加入了延迟器Z^-N，延迟器Z^-N输出一路反馈回输入端；电流误差做PI控制运算时，积分量在延迟器中延迟N个采样点，这样，PI控制器输出的控制量e_m延长N个采样点，作为下一周期的对应相位点并网电流的控制，其中，延迟采样点数N为：N＝M-n，n为***本身的控制延迟采样点个数。

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