一种光伏并网逆变器系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种光伏并网逆变器系统的控制方法，在比例谐振控制的基础上，提出了对此控制方式的改进方法即准比例谐振控制方法，该方法可实现零稳态误差控制，可增强系统的稳态性能和抗干扰能力，具有良好的跟踪性能，能够提高系统的控制性能。同时可减小电网频率偏移对并网电流的影响，更好的实现了并网电流和电网电压同频同相的目的，而且其实现起来也相对简单，该方法适合光伏并网逆变器的高性能控制，对光伏并网发电的研究具有推动作用，具有广阔的应用前景。

主权项

一种光伏并网逆变器系统的控制方法，在光伏并网逆变器系统上实现，所述光伏并网逆变器系统为单相非隔离并网逆变器系统，逆变部分采用全桥拓扑，并采用单极性的正弦脉宽调制方式，系统包括：全桥逆变器、输出滤波电路、采样调理电路、DSP控制器以及驱动保护电路；其特征在于，包括以下步骤:(1)构建光伏并网逆变器系统的模型，具体为：与电网电压同频同相的参考电流I_ref与逆变器的输出电流I_c的比较值经过系统控制器的传递函数G₁(S)与SPWM调制下的PWM逆变单元增益环节K得到新的控制量，该控制量与电网电压U_grid的比较值经过滤波网络的传递函数G₂(S)得到逆变器的输出电流I_c；根据该模型可得逆变器输出电流I_c的传递函数为：$I_c=\frac{{\mathrm{KG}}_1\left(S\right)G_2\left(S\right)}{1+K{G}_1\left(S\right)G_2\left(S\right)}{I}_{\mathrm{ref}}-\frac{G_2\left(S\right)}{1+K{G}_1\left(S\right)G_2\left(S\right)}{U}_{\mathrm{grid}}---\left(1\right)$电流准比例谐振控制的传递函数G₁(S)可表示为：$G_1\left(S\right)=K_p+\frac{2K_r{\omega }_{c}S}{S^2+2{\omega }_{c}S+{{\omega }_0}^2}---\left(2\right)$其中，由于电网频率f为50Hz，所以基波频率ω₀＝2πf＝314；参数K_p根据系统对比例增益的要求来选择；参数K_r与系统所需的峰值增益的大小有关；截止频率ω_c与系统截止频率的带宽需求有关；系统选择以下参数：ω_c＝10，K_r＝100，K_p＝4；(2)待测电压信号经过采样调理电路的降压处理、信号调理、滤波以及放大处理之后得到一个电压信号，经过电压抬升与信号整形后，输出到DSP控制器的A/D采样口，经过DSP控制器采样后得到电压数字信号量；待测电流信号经过采样调理电路后，输出到DSP控制器的A/D采样口，经过DSP控制器采样后得到电流数字信号量；(3)DSP控制器进行A/D采样和并网电流闭环控制；内部锁相环对电网频率进行锁相跟踪并产生SPWM逻辑控制信号；包括以下子步骤：(3.1)DSP控制器运行系统的主程序，完成DSP系统的初始化设置；DSP系统开启T1定时器和总中断，并一直循环等待，直到中断触发脉冲到来；(3.2)当中断被触发时，运行定时器中断子程序和捕获中断子程序；其中，定时器中断子程序主要用来进行A/D采样和并网电流闭环控制，具体为：A.当定时器中断被触发时，先判断A/D采样是否完成，若完成则开始进行数字滤波和误差计算，若未完成，则继续进行A/D采样直到其完成；B.DSP系统根据步骤1设置的参数进行准PR控制，再经过正弦波发生器，并修改比较寄存器中的值，最后D/A转化将数字信号转化为模拟波形并在仿真器上显示出来；C.中断结束返回主程序继续进行循环等待直到下次中断触发脉冲的到来；捕获中断子程序主要用来实现电网电压的锁相功能进行市电相位跟踪，具体为：a.当第一次捕获中断产生时，首先载波周期定时器中断被启动并读取零角度数据，每次中断只依次从正弦数据表格中读取一个表格数据；b.当第二个捕获中断产生时，系统进入捕获中断程序，开始调频，通过调整载波寄存器的值改变载波频率，直到它满足系统的同步要求；c.通过改变读表指针调相，实现系统的锁相功能；(3.3)利用DSP控制器事件管理模块中通用定时器的比较功能产生光伏并网逆变器系统所需要的4路PWM信号；具体为：DSP控制器中事件管理器模块A的通用定时器1的计数方式设置为连续增减模式；定时器的周期寄存器在增减计数方式中装载三角载波周期所需要的计数值，同时取出正弦波各个比较点的幅值送给比较寄存器；在每个周期中，若想改变PWM输出脉冲的宽度以及开关管的通断时间，只需改变相应寄存器的值，当脉冲宽度满足正弦规律变化时输出SPWM信号；SPWM波形的载波频率为15KHz，采用PWM1‑PWM4来驱动全桥逆变器；在全比较单元中的死区控制寄存器上设置死区时间大小为2μs；(4)DSP控制器输出的4路PWM经过驱动保护电路后，驱动全桥逆变器的开关管IGBT工作；(5)全桥逆变器的开关管IGBT在PWM信号控制下通断；(6)全桥逆变器的输出信号经过滤波电感和滤波电容的滤波后得到并网电流，分析比较并网电流与电网电压波形，实现光伏并网逆变器系统的控制。