一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理统一控制方法

摘要

本发明公开了一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理统一控制方法。该方法以TMS320F2812DSP控制芯片为核心，配合信号调理电路对配电网三相电流进行检测；通过瞬时无功功率检测算法，配合太阳能光伏阵列最大功率点跟踪算法(MPPT)得到三相并网及补偿电流指令；根据计算得到的电流指令，采用滞环比较的电流跟踪控制方法形成PWM脉冲并通过光电隔离驱动功率管，在经过滤波电路滤波之后将并网及补偿电流注入电网，同时实现电能质量综合治理及光伏并网发电的功能。该控制方法在TMS320F2812 DSP控制芯片上实现了光伏并网和电能质量综合治理的统一控制，能使光伏并网发电装置的容量得到充分利用，并解决了并网系统由于频繁投切对配电网造成的不利影响，提高了装置的利用率和性价比，具有很高的实际应用价值。

主权项

1.一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理控制方法，其特征在于：步骤1：方法以TMS320F2812 DSP控制芯片为核心，首先配合信号调理电路对配电网三相电流进行检测得到其采样值i_a、i_b、i_c；步骤2：根据检测到的三相电流值i_a、i_b、i_c，通过瞬时无功功率检测算法计算得到配电网三相电流补偿值，并与最大功率点跟踪算法(MPPT)相结合得到三相并网电流指令。三相并网电流指令计算包括无功及谐波电流的补偿指令电流计算、光伏并网发电有功指令电流计算及上述两者的合成运算。无功及谐波电流的补偿指令电流计算采用基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法，光伏并网发电有功电流计算则由最大功率点跟踪(MPPT)算法给出；两者的合成则为实际的电流指令，其原理如图所示。数字锁相环PLL跟踪经过三相电网中A相电压u_a的相位保证电流检测精度。根据瞬时无功功率理论，三相负载电流i_a、i_b和i_c经过C₃₂、C矩阵变换和低通滤波后得到的直流分量是有功基波为是光伏并网直流指令分量，它是由最大功率点跟踪控制器(MPPT)计算出的最大功率点指令电压和当前的光伏阵列输出电压u_dc经过PI运算后得到的有功直流分量。电流指令由以下算法合成：$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{aref}}^{*}\\ i_{\mathrm{bref}}^{*}\\ i_{\mathrm{cref}}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{af}}\\ i_{\mathrm{bf}}\\ i_{\mathrm{cf}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]-\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{c}\sin \mathrm{\omega t}\\ \sin \mathrm{\omega t}-\frac{2\pi }{3}\\ \sin \mathrm{\omega t}-\frac{2\pi }{3}\end{array}\right]({\bar{i}}_p-{\bar{i}}_{\mathrm{pv}})=\left[\begin{array}{c}{i}_a-\sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_p\sin \left(\mathrm{\omega t}\right)\\ i_b-\sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_p\sin (\mathrm{\omega t}-\frac{2\pi }{3})\\ i_c-\sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_p\sin (\mathrm{\omega t}+\frac{2\pi }{3})\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_{\mathrm{pv}}\sin \left(\mathrm{\omega t}\right)\\ \sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_{\mathrm{pv}}\sin (\mathrm{\omega t}-\frac{2\pi }{3})\\ \sqrt{\frac{2}{3}}{\bar{i}}_{\mathrm{pv}}\sin (\mathrm{\omega t}+\frac{2\pi }{3})\end{array}\right]$其中，$C_{32}=\sqrt{\frac{2}{3}}·\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right];$$C=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\omega t}& -\cos \mathrm{\omega t}\\ -\cos \mathrm{\omega t}& -\sin \mathrm{\omega t}\end{array}\right];$C₂₃、C^-1分别为C₂₃、C的逆矩阵。在上式的结果中，前一项正是无功功率理论中的无功及谐波电流分量，而后项正是包含指令信息的三相基波电流。控制变流器把计算出的指令电流注入电网即可同时实现无功、谐波电流补偿及光伏并网发电。当电网中的非线性负载较重时，谐波电流指令较大，合成后的指令电流可能会超过主电流开关器件的额定电流值，需要对合成后指令电流进行限幅处理，使其不超过逆变器开关器件的额定值。出于经济的考虑，光伏并网电流由最大功率跟踪确定，因此指令电流的限幅具体就是谐波电流限幅。步骤3：根据计算得到的并网电流指令，采用滞环比较的电流跟踪控制方法形成PWM脉冲并通过光电隔离驱动功率管，在经过滤波电路滤波之后将计算得到电流注入电网，同时实现电能质量综合治理、光伏并网发电以及电力中断补偿的功能。滞环比较的电流跟踪控制方法原理图如下。