光伏并网逆变器无差拍控制系统的研究

光伏并网逆变器无差拍控制系统

第２６４第２期

２００

８年４月

水电能源科学ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒ

Ｖ０１．２６Ｎｏ．２Ａｐｒ．２００８

文章编号：１０００一７７０９（２００８）０２—０１９８－０３

光伏并网逆变器无差拍控制系统的研究

徐

进

（南京农业大学工学院，江苏南京２１００３１）

摘要：在分析无差拍电流控制方法工作原理的基础上，给出了基于无差拍控制的并网逆变器的脉宽调制（ＰＷＭ）算法和占空比的推导过程，将该控制策略应用于两级式单相光伏并网发电系统逆变器的控制中，使光伏并网系统具有快速利用太阳能电池组件的能源、改善电能质量的功能，增强了先伏并网系统的实用性。在此基础上研制出一台实验样机。实验结果表明，采用该控制方案的逆变器具有良好稳态特性和动态性能，计算简单，易于实现。

关键词：无差拍控制；太阳能发电，电流控制；先伏并网中图分类号：ＴＭ４６４；ＴＭ６１５

文献标志码：Ａ

电流的参考值ｉ。，由差值ｉ’－－ｉ计算出开关器件的

１

概述

近年来，光伏发电、风力发电、燃料电池发电

开关时间，使ｉ在下一个周期开始时刻等于ｉ。。该方法计算量大，但开关频率固定、动态响应快，适合用于光伏并网系统的数字控制‘２１。

等新能源的开发利用得到不断发展，未来将出现更多的由可再生能源组成的分布式发电系统。将这些分布式发电系统并联在电网上使用，可达到分布式发电系统与电网间的功率互补［１］。

２０世纪８０年代，日本学者ＮｏｎａｋａＳ等［２］率先研制成功一种基于电流型ＰＷＭ逆变器（ＣＳＲ）拓扑结构的光伏阵列并网逆变器。这种并网逆变器较好地适应了光伏电池电流源的特性，但主电路及控制电路复杂，同时直流侧电感也降低了系统的运行效率。逆变器的控制成为重点，出现了瞬时值反馈、重复控制等理论。１９８５年，Ｇｏｋｈａｌｅ在ＰＥＳＣ年会上提出将元差拍控制应用于逆变器［引，逆变器的无差拍控制才引起了广泛重视，并在此后的十余年里取得了一系列成果，但也存在较多问题。

本文提出基于Ｄｅａｄｂｅａｔ并网ＰＷＭ实现方案，其控制系统由高性能的数字信号处理实现。与模拟控制相比，数值控制具有控制灵活、易改变控制算法和硬件调试方便等优点。这种方法的原理是在每个开关周期开始的时刻，采样并网逆变器的输出电流ｉ，并且预测出下一周期开始时刻该

收稿日期：２００７－１０－１２，修回日期：２００８—０２—２５

Ｌ图１Ｆｉｇ．１

光伏逆变器主电路拓扑结构Ｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｏｆＰＶｉｎｖｅｒｔｅｒ

２无差拍控制逆变器的控制原理

无差拍控制是在负载情况已知的前提下，在控制周期的开始，根据电流的当前值和控制周期结束时的参考值选择一个使误差趋于零的电压矢量，去控制逆变器中开关器件通断的一种控制方式。

光伏逆变器主电路拓扑结构如图１所示。

系统运行的环路电压方程为：

ｉｄｉ：“ｄｃ一乱Ｎ（ｆ）－－ｉＲｓＬ五２“ｄｃ一乱Ｎ（ｆ）

ｓ

（１）（１）

作者简介：徐进（１９７０－），男。博士、副教授，研究方向为电机控制、电力电子及其应用、ＤＳＰ应用及并网技术等．Ｅ－ｍａｉｈ

ｘｕｊｉｎ＠ｎｉａｕ．ｅｄｕ．ｃｒｌ

光伏并网逆变器无差拍控制系统

第２６卷第２期徐进：光伏并网逆变器无差拍控制系统的研究

１９９

式审，群永秀毫漉母线电嚣，氍Ｎ∞为交流毫隧电压，ｉ为电流；Ｌ为电感；Ｒｓ为电阻，在实际系统中Ｒｓ影响较小，可忽略不计。如果定义并网逆变桥的开美状态丞数秀：

Ｌ豢＝（ｓＡ“如一ｓＢ“ｄ。）ＵＮ（Ｄ

（２）

式中，＆、Ｓ均势逆变撬的并关状态丞数。

设控制周期为瓦，对环路电压方程离散化，同聪设电流参考指令为ｉ。，逆变器开关占盔比△文、△磊，并且假设控制餍期远小乎电两基波周期，忽略电网电压和直流母线电压的变化。因此，在一个控制周期内环路电压方程为：

Ｌ掣：（ＡｄＡ蚴。一ＡｄＢｕｄｏ）甜Ｎ（。（３）

出于逆变器上下桥臂的导通禚一个控制周期肉是对等的，可以得蓟：

△ｄＡ＋△ｄＢ一１

（４）

壹式（３）、（４）可求勰出用于控制并网逆变器的一路ＰＷＭ信号的占奎院为：

峨一［１＋≮孚＋堕ｕａｃ］Ｊ／Ｊ／／２

（５）Ｌ

矩ｄｃ工ｓ

碱一［ 一≮Ｕｄ孚Ｓ一老Ｕｄ．１Ｉ／／２

（６）

Ｌ

ｃ』

ｃ

按式（５）、（６）计算的占空比控制并网逆变器就能实现并网的控翩功能。

３控制算法

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Ｆｉｇ．２

Ｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｉｌｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋ

ｄｉａｇｒａｍ

４系统的实现

定义故障中断串口接收和发送中断照时器Ｔ３下溢中断

《爹

鬯翌军墼蚓

匿亟亟固一

ｌ是

输入给定转潦和滞环宽度蛰初值ｌ抒嚣定墓尊嚣下溢中疆稻敌潍审骶

循环等待中断

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Ⅵ

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Ｆｉｇ。３

Ｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｆｌｏｗｃｈａｒｔｄｉａｇｒａｍ

５实验结果与分析

研制一台２。５ｋ、，Ａ的实验样机，控制电路采用～～“““ＡＬ＝ＩＯ

ｍＨ，ｇ。’容一－Ｃ＝ｉ葛，盖磊赫≤茹 了Ｚ“一…’“…

一‘一。

图４样机实物阐

Ｆｉｇ。４

Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆｐｒｏｔｏｔｙｐｅ

实验采用Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ公司的ＴＰＳ２０１４示波器测量输出波形。网５电网电压‰和并网逆变

器输毒的并网电流实验波形。波形表鞠，无差撞

控制具有响应速度快、功率因数高、并网电流波形

光伏并网逆变器无差拍控制系统

２００

水电能源科学２００８年

确，并使系统工作稳定可靠、性能良好。

ｃ．实践证明，该方法具有良好的稳态性能和动态响应、实现简单、鲁棒性较强、单位功率因数和对电网输出谐波较小，具有市场应用前景及工程应用价值。

，／（ＩＯｍｓ 格１）

参考文献：

［１］ＸＵＪｉｎ．Ｓｔｕｄｙ

图５并网电压和输出电流波形

ｏｆｔｈｅＧｒｉｄ－ＣｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶＳｙｓｔｅｍ

Ｕ—

ｓｉｎｇＩｍｐｒｏｖｉｎｇＰｏｗｅｒＳｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ，２００５．

Ｑｕａｌｉｔｙ［Ａ］．ＰＶＳＥＣ－１５［－Ｃ＇］．

Ｆｉｇ．５

Ｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅａｎｄｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ

好等特点。

由输出波形可看出，利用双闭环的光伏网逆变器具有较好的性能。由于采用ＤＳＰ为主要控制芯片，系统具有较好的动态响应特性。实验证明，该系统工作稳定，性能良好。

［２］

Ｋａｔｓｕｙａ

Ｈｉｒａｃｈｉ，ＭａｓａｏＹａｍａｎａｋａ，ｏｎ［】ｏａｋｌＴａｋａｄａ．ｅｔ

Ｍｕｌｔｉ－

ａ１．ＦｅａｓｉａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆＵｔｉｌｉｔｙ－ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＢｉｄｉｎｅｅｔｉｏｎａｌＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ

Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒ

ＳｏｌａｒＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ

Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ

ＳｔｏｒａｇｅＢａｔｔｅｒｉｅｓ［－Ａ］．

ＰＥＳＣ’９５［Ｃ］．ＩＥＥＥ［３２

ＴｉｍｏｔｈｙＣＹＯｕｔｐｕｔ

２６ｔｈＡｎｎｕａｌ．１９９５，１：５３６－５４１

Ｙｅ，ＧａｕｔａｍＳｉｎｈａ，ｅｔ

Ｗａｎｇ，Ｚｈｉｈｏｎｇ

ａ

ａ１．

ＦｉｌｔｅｒＤｅｓｉｇｎｆｏｒ

Ｇｒｉｄ－ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄＴｈｒｅｅ－ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｐｅｃｉａｌｉｓｔＣｏｎ－

６

结语

ａ．提出一种无差拍光伏并网控制策略，使输

ｐｈａｓｅ

Ｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ａ］．Ｐｏｗｅｒ

３４ｔｈ

ｆｅｒｅｎｃｅ［－Ｃ１．ＩＥＥＥ

Ａｎｎｕａｌ，２００３，２：７９９—７８４

［４］叶斌．电力电子应用技术［Ｍ］．北京：清华大学出版

社，２００６．

出功率因数接近１。采用ＤＳＰＩＣ３０Ｆ６０１０Ａ作为主要控制芯片，使系统具有良好的动态响应。为充分利用能源，在光伏并网发电系统中，由于外部环境的变化会影响输出电能的质量，因此需控制逆变器使其输出功率始终随光伏器件的输入功率变化而变化。

ｂ．无差拍电流控制方法利用光伏发电系统采集的数据，计算得到逆变器下一个工作周期开关信号的控制量，因此能根据外部环境变换及时调整逆变器的输出功率。实验证明该控制方法正

［５］林渭勋．现代电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出

版社，２００６．

［６］张崇巍，张兴．ＰＷＭ整流器及其控制［Ｍ］．北京：机

械工业出版社，２００５．

［７］张超，何湘宁．一种用于光伏发电系统的新型高频

逆变器［Ｊ］．电力系统自动化，２００５，２９（１９）：５１—５３［８］

ＢａｒｋｅｒＰ

Ｐ，ＢｉｎｇＪＭ

Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎ

Ｓｏｌａｒ

Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ

ＴＥｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ａｎｉｎｇｓ

ｏｆ

ＩＥＥＥ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ

Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ－ｐｒｏｃｅｅｄ－

ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌ

９５５－１９６０

Ｍｅｅｔｉｎｇ［，Ｊ］．ＩＥＥＥ，２００５（２）：１

ＳｔｕｄｙａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＧｒｉｄ－ＣｏｎｎｅｃｔｅｄＩｎｖｅｒｔｅｒ

ＤｅａｄｂｅａｔＣｏｎｔｒｏｉＳｙｓｔｅｍ

ＸＵＪｉｎ

（ＴｅｃｈｎｉｃａｌＦａｃｕｌｔｙ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＵｎｉｖ．。Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅａｄｂｅａｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ

光伏并网逆变器无差拍控制系统

光伏并网逆变器无差拍控制系统的研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

徐进， XU Jin

南京农业大学,工学院,江苏,南京,210031水电能源科学

WATER RESOURCES AND POWER2008，26(2)0次

参考文献(8条)

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1.期刊论文 张喜军.焦翠坪.任晓鹏.穆桂霞.ZHANG Xi-jun.JIAO Cui-ping.REN Xiao-peng.MU Gui-xia 预测电流无差拍控制的并网型三相光伏逆变器 -电力电子技术2009,43(10)

光伏并网发电是光伏发电系统的发展趋势.太阳能逆变器是光伏电站的核心设备,逆变器的性能直接影响整个电站.根据光伏并网发电系统的特点,设计了一套额定功率为40 kW的三相并网逆变器.控制系统采用基于TMS320LF2407A和TMS320VC33型双DSP,采用了预测电流无差拍控制和有功功率及无功功率解耦统一控制策略.现场运行表明,该系统的响应速度快,控制精度高;额定并网电流总畸变率为1.2%,优于国标GB/T14549-93规定值;并网功率因数为1.

2.期刊论文 刘胜荣.杨苹.肖莹.刘栋 两级式光伏并网逆变器的无差拍控制算法研究 -电力系统保护与控制2010,38(8)

同步锁相是光伏并网逆变器一项关键的技术,直接影响到整个并网系统的性能,而传统的并网锁相技术存在锁相速度或者稳定性上的不足.在无差拍控制算法的基础上,给出一种无差拍电流控制锁相策略,并将该控制策略用于两级式单相光伏并网逆变器的控制中.仿真结果表明,在光照导致光伏电池功率波动或者电网频率变化的情况下,该控制方法能最大限度地输出能量,并使逆变器的输出电流准确、快速地跟踪电网电压,功率因数接近为1.

本文链接：/Periodical_sdnykx200802058.aspx授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：ac994606-abda-4327-84ec-9e410156b6ce

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