一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法技术

本发明专利技术公开了一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法，其特征在于，包括将滤波电感输出的正弦半波电流作为电流闭环控制的反馈量，通过幅值反向函数将此正弦半波变成为正弦全波，然后与设定的交流电流参考值相减,得到反馈量与参考量之间的偏差，将此偏差作为控制电路的参数，计算出相位补偿角θ，从而消去系统中固有的相位差；本发明专利技术可以避免电网电压扰动对并网电流的干扰，使得电流环控制效果更好；将相位补偿方法应用到电流环的控制当中，消除了系统中的相位静差，实现并网电流和电网电压同相位，改善系统性能，降低谐波含量。

Improved phase compensation control method for photovoltaic grid connected inverter

The invention discloses an improved inverter phase compensation control method of photovoltaic, characterized, including the sine half wave output filter inductor current as feedback current closed-loop control, the amplitude of the reverse function of half sine wave into sine wave full, then with the alternating current reference value set subtraction the deviation between the feedback quantity and the reference amount, the deviation as the control circuit parameters, calculate the phase angle compensation, so the phase difference in the natural elimination system; the invention can avoid the interference of voltage disturbance on grid power flow, the current loop control effect is better; the phase compensation method is used to control the current ring, eliminate the phase in the system static error, realize the voltage and current of the grid with the same phase, improve system performance and reduce the harmonic content.

【技术实现步骤摘要】
一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法
本专利技术涉及光伏并网逆变器
，更具体地，涉及一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法。
技术介绍
带相位补偿的并网逆变器控制方法可以有效消去交流系统中固有的相位差，实现并网电流和电网电压相位同步，提高系统运行的稳定性，具有非常广阔的应用前景。2011年第18期的《中国电机工程学报》中《基于下垂锁相的逆变器并网控制策略研究》一文就并网电流与电流基准之间存在一定的相位差等问题,提出基于下垂特性的新型锁相环控制方法，采用电网电压和并网电流相位差为反馈量调节锁相环的输出，可以实现并网逆变器单位功率因数运行。2014年第2期的《电力自动化设备》中《基于PR控制的光伏并网电流优化控制》一文单相H6拓扑光伏并网逆变器在采用传统比例积分(PI)控制器跟踪正弦电流指令时会产生稳态误差和抗干扰能力差等问题，提出了一种基于比例谐振(PR)控制的H6拓扑单相光伏并网逆变器的总体控制策略，实现对并网电流的无静差控制，消除了PI控制所产生的相位误差。目前，已有一些文献针对PI控制应用于交流系统时并网电流和电网电压之间存在相位差提出了相应的控制方法。2011年第8期的《电力电子技术》中《一种单相并网逆变器电流相位的补偿方法》一文针对传统电流PI控制算法下的并网电流与电网电压存在相位差，尤其是在电流较小时相位差比较严重，导致逆变器输出功率因数较低的问题，提出了一种减小并网电流与电网电压相位差的控制方法。但该方法没有考虑实际电网中的非线性负荷所造成扰动分量，这可能会导致系统不稳定。2013年第4期《电测与仪表》中《一种改进的光伏并网逆变器的控制策略》一文针对PI调节器无法直接实现并网电流无静差控制的问题，采用PR调节器替代传统的PI调节器进行并网电流瞬时值内环的设计，实现了单相光伏并网电流的无静差控制。但PR调节器自身在基频之外的增益很小，当电网频率发生偏移时，电网很容易受到扰动的影响而出现不稳定。2013年第3期《电力自动化设备》中《基于PR与PI联合控制策略的光伏并网系统直流注入抑制技术》一文将PR控制器对交流量无静差跟踪和PI控制器对直流量无静差跟踪的特性相结合，实现了并网电流与电网电压同步，并且实现了对并网电流直流分量的有效抑制。但是控制器的参数整定十分复杂，PI环节的比例系数取值过大会导致系统不稳定，而取值过小又影响抑制直流分量的响应时间；积分系数取值过小时将影响系统抑制直流分量的响应时间，而取值过大会导致整个系统出现明显的欠阻尼振荡。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺点，提供了一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法。本专利技术的技术方案如下：一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法，包括将滤波电感输出的正弦半波电流作为电流闭环控制的反馈量，通过幅值反向函数将此正弦半波变成为正弦全波，然后与设定的交流电流参考值相减,得到反馈量与参考量之间的偏差，将此偏差作为控制电路的参数，计算出相位补偿角θ，从而消去系统中固有的相位差；具体包括以下步骤：第一步，把滤波电感输出的正弦半波电流iL作为电流闭环控制的反馈量，通过增设幅值反向函数f(s)，将iL变为正弦全波电流i'L；第二步，为了消除非线性负载造成的iL、i'L中的扰动分量ΔiL，采用电网电压前馈补偿方式，设计前馈因子GN(s)＝KN，计算出此扰动分量令GN(s)·Ginv(s)＝1，那么ΔiL(s)＝0，即消除电感电流扰动分量；为Ginv＝kinv是逆变环节传递函数，Gf(s)是滤波环节传递函数，G0(s)是系统开环传递函数；第三步，网侧电压ug通过锁相环锁相，得到电网电压的频率和相位进行余弦变化后得到和ug频率、相位都相同的单位正弦波，然后与DC/DC变换电路计算出的正弦电流参考幅值相乘得到电感电流的瞬时参考值将与i'L相比较，得到反馈量与参考量之间的偏差值，并将此偏差值作为PI控制器GC(s)的参数；第四步，得到参考电流和i'L的关系表达式其中是逆变器控制部分的传递函数；和i'L的关系表达式还可以写成其中s＝jω，fs(s)＝1；并且分子分母同时乘以ki-kpjω，计算出i'L、之间的相位角将θ补偿到电感电流i'L中，就可以抵消控制系统中产生的相位差，使并网电流、电压相位相同。进一步地，第一步中所述反向函数为进一步地，第三步中所述的算法如下：DC/DC变换电路(光伏电源)输出的最大电流为：其中，Isc是预设的空载电流值，为常数；Voc为开路电压，为常数；C1是个常数参量，其大小为C2也是个常数参量，其大小为Vmax为光伏电源输出的最大电压；将DC/DC变换电路输出的最大电流Imax设为电感电流的参考幅值，即：进一步的，第三步中所述的的算法如下：通过锁相环(PhaseLockLoop，PLL)测量得到电网电压ug的相位角将其作为sin(x)函数的中的未知量，即得到了一个幅值为1，角度为的正弦波；然后再乘以前面(式2)中的电感电流的参考幅值那么就得到了电感电流的瞬时参考值即：更进一步地，第三步中的电感电流i'L与电流参考幅值之间的关系算法如下：根据自动控制原理中传递函数的相关概念，可以得到系统的开环传递函数为：G0(s)＝GC(s)·fs(s)·Ginv(s)·Gf(s)(式4)式中，为PI控制器的传递函数；fs(s)为反向函数；N为变压器变比(常数)，UPV光伏电源输出的电压值(常数)，Um逆变器载波幅值(常数)；为滤波环节；再根据自动控制原理中传递函数的相关概念，可以得到系统的闭环传递函数为：所以，可以得到和iL之间的关系为：将fs(s)带入可得，由于(式7)中分子、分母里面的反向函数fs(s)＝±1的值不影响iL和之间的角度关系，因此可以将其省略：将(式8)的分子、分母同时乘以s2L，化简可得：设s＝jω(公知)，带入(式9)，则有：由于(式10)中的分子、分母都存在复数形式，不好判断iL和之间的调度关系，因此，将分子有理化，即分子、分母同时乘以kp-jωki，化简可得：进一步地，第四步中所述相位角的具体计算如下：根据(式11)计算出的iL和之间的传递函数表达式，可以发现分子中都是实数，分母中存在复数，这就是说iL和存在一定的相位差θ；因此可以得到：即，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.将经过反向函数fs(s)之后的正弦电感电流iL作为反馈量与参考电流作比较，形成闭环控制，并运用电网电压前馈控制方法，这样可以避免电网电压扰动对并网电流的干扰，使得电流环控制效果更好；2.将相位补偿方法应用到电流环的控制当中，消除了系统中的相位静差，实现并网电流和电网电压同相位，改善系统性能，降低谐波含量。附图说明图1为单相光伏并网逆变系统结构图；图2光伏并网系统控制框图；图3相位补偿示意图；图4两种方法并网电流和电网电压的波形；图5两种方法并网电流频谱对比图；图6两种方法并网电流和电压的实验波形。具体实施例下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明；其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例1如图1为光伏并网逆变系统结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法，其特征在于，包括将滤波电感输出的正弦半波电流作为电流闭环控制的反馈量，通过幅值反向函数将此正弦半波变成为正弦全波，然后与设定的交流电流参考值相减,得到反馈量与参考量之间的偏差，将此偏差作为控制电路的参数，计算出相位补偿角θ，从而消去系统中固有的相位差。

【技术特征摘要】
1.一种改进型光伏并网逆变器相位补偿控制方法，其特征在于，包括将滤波电感输出的正弦半波电流作为电流闭环控制的反馈量，通过幅值反向函数将此正弦半波变成为正弦全波，然后与设定的交流电流参考值相减,得到反馈量与参考量之间的偏差，将此偏差作为控制电路的参数，计算出相位补偿角θ，从而消去系统中固有的相位差。2.根据权利要求1所述的相位补偿控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.将二极管整流桥输出的正弦半波电流经过滤波电感得到iL，再将其通过幅值反向函数得到正弦全波电流i'L，并将此作为电流比环控制的反馈量；S2.为了消除非线性负载造成的iL、i'L中的扰动分量ΔiL，采用电网电压前馈补偿方式，设计前馈因子GN(s)＝KN，计算出此扰动分量令GN(s)·Ginv(s)＝1，那么ΔiL(s)＝0，即消除电感电流扰动分量；Ginv＝kinv是逆变环节传递函数，Gf(s)是滤波环节传递函数，G0(s)是系统开环传递函数；S3.网侧电压ug通过锁相环锁相，得到电网电压的频率和相位进行余弦变化后得到和ug频率、相位都相同的单位正弦波，然后与DC/DC变换电路计算出的正弦电流参考幅值相乘得到电感电流的瞬时参考值将与i'L相比较，得到反馈量与参考量之间的偏差值，并将此偏差值作为PI控制器GC(s)的参数；S4.根据参考电流和经过反向函数的电流i'L的关系表达式，计算出i'L和其参考值之间的相位角θ，并将其补偿到电感电流i'L中，使并网电流、电压相位相同。3.根据权利要求2所述的相位补偿控制方法，其特征在于，步骤S1中所述反向函数为4.根据权利要求2所述的相位补偿控制方法，其特征在于,步骤S3中所述的算法如下：DC/DC变换电路(光伏电源)输出的最大电流为：其中，Isc是预设的空载电流值，为常数；Voc为开路电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣清，张煜文，匡洪海，明瑶，吴文凤，马定寰，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43