CN114499166B - 一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，包括依次相连的最大功率点追踪模块、DC‑DC升压转换器模块以及电压源逆变器控制模块。本发明克服了目前已有的传统控制器不稳定的不足，用于太阳能光伏控制***收敛速度更快、效率更高。

Description

一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器
技术领域
本发明涉及太阳能光伏***领域，尤其涉及一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，主要解决现有技术收敛速度慢，效率低的问题。
背景技术
为了减少化石燃料的消耗，太阳能等可再生清洁能源的利用成为了新的研究热点。然而，传统的太阳能光伏***直接并入电网会导致***不稳定等一系列问题。因此，新的太阳能光伏***控制器越来越受到重视，并成为太阳能光伏***中最重要的技术之一。
发明内容
针对目前传统的太阳能光伏***直接并入电网会导致***不稳定等一系列问题。本发明的目的在于提供一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，本发明能够快速收敛，提高效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，其特征在于，包括依次相连的最大功率点追踪模块、DC-DC升压转换器模块以及电压源逆变器控制模块。
所述最大功率点追踪模块通过以下步骤实现最大化光伏阵列的转换效率：
(1)使用Griinwald-Letnikov分数阶导数，考虑一个连续函数y＝f(t)。根据定义，函数f(t)的一般导数定义为：
其中：
其中，t是函数自变量，y是函数因变量，n表示n阶导数，h表示无限趋于0的实数，r＝0,1,2,...,n，r！＝r×(r-1)×...×1。
(2)考虑更一般的情形：
其中，t是函数自变量，p是任意整数，h是实数，r＝0，1,2,...,p，
任意实阶α的导数可以被认为是算子序列的插值，可以定义为：
其中：t和α是算子的上下限，p是复数。
所述DC-DC升压转换器模块，用于将光伏组件的电压放大到相应水平，包含直流电感器Ldc和PV电容器Cpv：
直流电感器Ldc可用于控制与流经直流电感器的电流相关的电流纹波ΔI，直流电感器Ldc可通过以下公式计算：
其中，Vpv：光伏模块/阵列电压，Vdc_avg：平均直流链路电压，ΔIl：电感纹波电流，fsw：开关频率。
PV电容器Cpv通常用于最小化开关频率纹波电压和与PV模块/阵列电流相关的开关频率纹波，可以通过以下方式计算：
其中，Vpv：光伏模块/阵列电压，D：升压电源转换器占空比，ΔVpv：PV模块/阵列的电压纹波，fsw：开关频率，Ldc：直流电感。
所述电压源逆变器控制模块，用于将直流电转换为交流电，并入电网，包括以下两个部分：
外部电压控制器：
其中KP：比例增益，Ki：积分增益，s是复数。
直流链路电压控制器增益设计为KP＝0.01，Ki＝0.5，交叉频率选择为20Hz。
内部电流控制器，其传递函数可以表示为：
其中：KP:比例增益，Kri:谐振增益，ωcut:截止频率，ωo:电网频率，s是复数。
本发明的技术构思为：本发明采用最大功率点追踪来消除不稳定性，采用内部电流控制器来保证***以单位功率因数运行，采用外部电压控制器，用于将直流链路电压调整到所需水平。
本发明的有益效果主要表现在：1、考虑到了太阳能光伏***的不稳定性，第一次创新性的引入改进的最大功率点追踪技术；2、通过内部电流控制器产生与电流同相的正弦电流，以保持***以单位功率因数运行；3、通过外部电压控制器，将直流链路电压调整到所需水平。
附图说明
图1是DC-DC升压转换器的等效电路的电路图；
图2是理想的比例谐振(PR)控制器的电路图。
具体实施方式
本发明的一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，包括最大功率点追踪模块、DC-DC升压转换器模块以及电压源逆变器控制模块。各模块依次相连，所述最大功率点追踪模块，用以进行最大化光伏阵列的转换效率，DC-DC升压转换器模块，用于将光伏组件的电压放大到相应水平，电压源逆变器控制模块，用于将直流电转换为交流电，并入电网。
具体来说，最大功率点追踪模块，用以进行最大化光伏阵列的转换效率，采用如下过程完成：
(1)通过使用Griinwald-Letnikov分数阶导数，考虑一个连续函数y＝f(t)。根据定义，函数f(t)的一般导数定义为：
其中：
其中，t是函数自变量，y是函数因变量，n表示n阶导数，h表示无限趋于0的实数，r＝0,1,2,...,n，r！＝r×(r-1)×...×1。
(2)考虑更一般的情形：
其中，t是函数自变量，p是任意整数，h是实数，r＝0，1,2,...,p，
任意实阶(α)的导数可以被认为是算子序列的插值，可以定义为：
其中：t和α是算子的上下限，p是复数。
DC-DC升压转换器模块，用于将光伏组件的电压放大到相应水平，由如下几个重要部分构成：
(1)DC-DC升压转换器的等效电路如图1所示。它包含直流电感器Ldc和PV电容器Cpv，所有这些组件都是理想的，不消耗任何功率。
(2)直流电感可用于控制与流经直流电感器的电流相关的电流纹波(ΔI)，直流电感Ldc可通过以下公式计算：
其中，Vpv：光伏模块/阵列电压，Vdc_avg：平均直流链路电压，ΔIl：电感纹波电流，fsw：开关频率。
PV电容器(Cpv)通常用于最小化开关频率纹波电压和与PV模块/阵列电流相关的开关频率纹波，可以通过以下方式计算：
其中，Vpv：光伏模块/阵列电压，D：升压电源转换器占空比，ΔVpv：PV模块/阵列的电压纹波，fsw：开关频率，Ldc：直流电感。
电压源逆变器控制模块，用于将直流电转换为交流电，并入电网，包括如下部分：
(1)外部电压控制器：
其中KP：比例增益，Ki：积分增益，s是复数。
直流链路电压控制器增益设计为KP＝0.01，Ki＝0.5，交叉频率选择为(20Hz)。电压控制器旨在获得较慢的建立时间，而电流控制器可以具有快速的动态响应。同时，其主要目标是稳定和理想的调节。因此，一旦设计电压控制器，电流控制器必须导致解耦并保持测量的电网电流与其电网参考电流相似。
(2)内部电流控制器
PR控制器在基频提供大增益，允许减轻前馈电网电压，级联谐波补偿器(HC)以消除低次谐波，并严格遵循正弦参考。图2描绘了一个理想的PR控制器框图，它可以通过将PI控制器从同步坐标系转换为静止坐标系以数学方式推导出来，以在电网频率下实现无限增益。理想PR控制器的传递函数可以表示为：
其中KP:比例增益，Kri:谐振增益，ωr:谐振频率，S是复数。
此外，理想的PR控制器由于增益无限大而存在稳定性问题，并且难以实际实现。
由于方程的无限增益，为了防止与理想PR控制器相关的稳定性困难。式(8)可以写成式(9)。
其中：KP:比例增益，Kri:谐振增益，ωcut:截止频率，ωo:电网频率，s是复数。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于太阳能光伏***的双级单相控制器，其特征在于，包括依次相连的最大功率点追踪模块、DC-DC升压转换器模块以及电压源逆变器控制模块；
所述最大功率点追踪模块通过以下步骤实现最大化光伏阵列的转换效率：
(1)使用Griinwald-Letnikov分数阶导数，考虑一个连续函数y＝f(t)；根据定义，函数f(t)的导数定义为：
其中：
其中，t是函数自变量，y是函数因变量，n表示n阶导数，h表示无限趋于0的实数，r＝0,1,2,...,n，r！＝r×(r-1)×...×1；
(2)
其中，t是函数自变量，p是任意整数，h是实数，r＝0，1,2,...,p，
任意实阶α的导数被认为是算子序列的插值，定义为：
其中：t和α是算子的上下限，p是复数；
所述DC-DC升压转换器模块，用于将光伏组件的电压放大到相应水平，包含直流电感器Ldc和PV电容器Cpv：
直流电感器Ldc用于控制与流经直流电感器的电流相关的电流纹波ΔI，直流电感器Ldc通过以下公式计算：
其中，Vpv：光伏模块/阵列电压，Vdc_avg：平均直流链路电压，ΔIl：电感纹波电流，fsw：开关频率；
PV电容器Cpv用于最小化开关频率纹波电压和与PV模块/阵列电流相关的开关频率纹波，通过以下方式计算：
其中，Vpv：光伏模块或阵列电压，D：升压电源转换器占空比，ΔVpv：PV模块或阵列的电压纹波，fsw：开关频率，Ldc：直流电感；
所述电压源逆变器控制模块，用于将直流电转换为交流电，并入电网，包括以下两个部分：
外部电压控制器：
其中KP：比例增益，Ki：积分增益，s是复数；
直流链路电压控制器增益设计为KP＝0.01，Ki＝0.5，交叉频率选择为20Hz；
内部电流控制器，其传递函数表示为：
其中：KP:比例增益，Kri:谐振增益，ωcut:截止频率，ωo:电网频率，s是复数。
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