一种高效率稳定多功能的单级式光伏单相并网控制方法

摘要

一种高效率稳定多功能的单级式光伏单相并网控制方法属于光伏发电控制技术领域，其特征在于，采用高速数字信号处理器，应用C语言动态定点算法，形成整个并网控制系统高性能的控制算法；采用了单级式并网控制结构以及快速平滑的最大功率点跟踪方法将光伏阵列发出的最大能量直接通过一级DC/AC变换输送到本地城市电网中；采用FBD方法能够对本地负载产生的谐波和无功进行补偿，有利于提高本地电网的电能品质；应用比例加谐振变换器对并网电流实施精确的闭环控制，实现光伏阵列最大功率点跟踪的同时使光伏并网电流完全与市电单相电压同步，功率因数高，系统效率高，整个系统运行安全可靠，并网电流谐波畸变率低于3％。

主权项

1.一种高效率稳定多功能的单级式光伏单相并网控制方法，其特征在于，该方法是在数字信号处理器DSP中依以下步骤实现的：步骤(1)，DSP采集市电单相电网电压信号u_s，通过锁相环(PLL)设计得到与单相电网电压基波频率相同，相位一致，幅值为1的正弦波信号sin(ω₁t)；步骤(2)，DSP采集光伏阵列直流输出电压、电流信号，并根据电压、电流信号求得当前时刻k的光伏阵列输出功率，计算当前时刻k的光伏阵列输出功率与前一采样时刻输出功率之差ΔP，再计算当前时刻k的光伏阵列输出电压U(k)与前一采样时刻电压的差值ΔU；步骤(3)，根据步骤(2)得到的ΔP、ΔU值，依下列情况置识别方向标志Sign的值：若，ΔP和ΔU同时大于0或小于0，则识别方向标志Sign置1，若，ΔP和ΔU不同时大于0或小于0，则识别方向标志Sign置-1，若，ΔP或ΔU为0，则识别方向标志Sign置0；步骤(4)，根据步骤(3)得到的Sign的值，按下式计算当前时刻k的光伏阵列处于最大功率点处的参考电压U_ref(k)：U_ref(k)＝U_ref(k-1)+Step×SignStep为设定的步长值，其值的大小与DSP数据采样保持时间相关；步骤(5)，按以下步骤利用步骤(4)得到U_ref(k)进一步求得光伏阵列运行在最大功率点处的参考电流I_ref：步骤(5.1)，计算ΔU＝U(k)-U_ref(k)；步骤(5.2)，把步骤(5.1)得到的ΔU′输入到PI调节器，其输出得到光伏阵列运行在最大功率点处的参考电流I_ref；步骤(6)，利用步骤(5)得到的I_ref作为幅值乘以步骤(1)得到的sin(ω₁t)求得单相光伏并网逆变器应当输出的基波电流参考量I_refsin(ω₁t)；步骤(7)，DSP采集本地负载吸收的电流i_L，利用步骤(1)得到的正弦波信号sin(ω₁t)按以下步骤析出本地负载中的谐波及无功成份：步骤(7.1)，计算i′_L＝i_Lsin(ω₁t)；步骤(7.2)，把步骤(7.1)得到的i′_L经过一个截止频率为10Hz的低通滤波器后将其值乘以2sin(ω₁t)得到负载实际吸收的基波有功电流成份i_L1；步骤(7.3)，计算得到逆变器输出需补偿负载的谐波及无功成份步骤(8)，DSP采集逆变器输出电流i_o，利用步骤(6)得到的I_refsin(ω₁t)以及步骤(7)得到的按以下步骤得到单相逆变器参考电流输出与实际输出电流的差值Δi_o：步骤(8.1)，计算$i_o^{*}=i_{\mathrm{ref}}\sin \left({\omega }_{1}t\right)+i_L^{*};$步骤(8.2)，计算${\mathrm{\Delta i}}_o=i_o^{*}-i_o;$步骤(9)，利用步骤(8)得到的Δi_o，经过比例加谐振变换器输出并辅之以单相电压u_s前馈成份，形成单极式电压调制方式的4路PWM脉冲s₁、s₂、算法，通过接口电路驱动单相逆变器两个桥臂相应的电力电子开关器件，从而把光伏阵列发出的最大功率转换为交流输送到本地城市电网中，其中k_p为比例系数，k_i为积分系数。