一种两级式逆变器直流母线电压的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两级式逆变器的控制方法，具体地涉及一种直流母线电压的控制方法。
【背景技术】
[0002]我国是一个能源生产大国和消费大国，拥有丰富的化石能源资源。2006年，煤炭保有资源量为10345亿吨，探明剩余可采储量约占全世界的13%，列世界第三位。但是中国的人均能源资源拥有量较低，煤炭和水力资源人均拥有量仅相当于世界平均水平的50%，石油、天然气人均资源拥有量仅为世界平均水平的1/15左右。能源资源赋存不均衡，开发难度较大，已探明石油、天然气等优质能源储量严重不足。再加上能源利用技术落后，利用低下，在经济高速增长的条件下，我国能源的消耗速度比其他国家更快，能源枯竭的威胁可能来得更早、更严重。因而，日益增长的对外能源需求造成的能源压力迫使我们不得不寻找解决能源危机的关围之路。
[0003]我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家，一次性能源生产和消费65%左右为煤炭，大量使用煤炭，使66 %的中国城市大气中颗粒物含量以及22 %的城市空气二氧化硫含量超过国家空气质量二级标准。长期以来这种以煤炭为主的能源结构和单一的能源消费模式带来了严重的环境污染。伴随着经济的快速发展和能源需求量的持续增长，化石燃料燃烧所产生的温室气体排放给环境造成了越来越沉重的压力。面对当前化石能源消耗带来的严重环境危机，调整能源结构已迫在眉睫。
[0004]可再生能源是可以永续利用的能源，如水能(小水电)、风能、太阳能、生物质能和海洋能等，不存在资源枯竭问题。目前，世界各国都力推可再生能源，中国更应该把握住发展可再生能源的时代走向，争取在可再生能源开发利用上走在世界前列，缓解日益加重的能源危机与环境压力。
[0005]我国可再生能源品种齐全，数量多，资源基础雄厚。我国小型水电(指彡5万千瓦的水能资源)的可开发量为1.2亿千瓦，目前仅开发了不到1/4 ;全国陆地每年接收的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤，如果按陆地面积的1%、平均转换效率按20%计，一年可提供的能量达48亿吨标准煤，相当于2006年全国一次能源消费量(24.6亿吨标准煤)的两倍；我国1m高度层的风能总储量为32亿千瓦，实际可开发为2.53亿千瓦，加上近海(I?15米水深)风力资源，可装机容量达10亿千瓦；生物质能资源也十分丰富，秸杆等农业废弃物每年约有3.0亿吨标准煤，薪柴资源为1.3亿吨标准煤，加上城市有机垃圾等，资源总量近7亿吨标准煤。通过品种改良和扩大种植，生物能的资源量可以在此水平上再翻一番。此外，还有地热能和海洋能等，可供大规模长期开发利用。总之，中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的资源条件和技术潜力，可以为未来社会和经济发展提供足够的能源，开发利用可再生能源大有可为。
[0006]我国可再生能源具有巨大的潜在市场，随着我国经济的进一步发展和全面小康建设的推进，必将对能源供应提出新的要求。同时，我国又是一个农业大国，61%的人口生活在农村，农村能源利用率处于较低水平，每年要消耗6亿多标准煤的能量，其中一半的能源靠作物秸杆和砍伐树木获得，这使得生态环境遭到破坏，荒漠化程度加剧。作为农村能源供应的重要补充，利用可再生能源正在为农村提供气体燃料、提供生活热水、为偏远地区农户解决无电问题等方面发挥重要作用，直接提高农民生活质量和改善农村环境质量。可再生能源的利用是农村能源与环境协调发展重要途径。所以，客观上的迫切需求为可再生能源提供了巨大的市场。
[0007]大多数可再生能源都连接到电网，能源的源端大多以直流电的形式存在。太阳能光伏电池可提供直流电压，中小型风力发电机能够输出交流电，这些交流电随后可转换成直流电。借助逆变器，可以将直流电能转换为交流电能。直流端的控制目标是捕捉到最大的能量，并将其传输到公用电网中。产生的交流电能，必须能兼容交流公用电网中逆变器与公用电网连接点处的电能。
[0008]逆变器的共同特性是具有一种特定的算法，可最大限度增加从可再生能源中提取的电能。在太阳能光伏系统中，这通常是指最大功率点跟踪(MPPT)技术。风力发电机组也同样寻求能量捕捉的最大化，但这通常需要强制涡轮以最大的气动效率工作才能实现。从理论上来说，这是一种MPPT技术，但它涉及的并不仅仅是并网逆变器。
[0009]分布式发电的特点之一就是产生的直流电压波动大、电压低。这就要求逆变器在这种情况下，能够输出高质量的适于并网的交流电。在直流侧波动大的时候，两级式逆变器配合适应技术和智能技术相结合的控制方式，可以在效率高和成本低是并网逆变器研究不断追求的目标下，增大允许的直流电压输入范围，而且不影响输出交流电的品质，最大程度地把电能输入到电网。
[0010]母线电压的稳定控制是两级式逆变器长期、稳定运行的前提，在实际过程中，两级式逆变器前级完成DC/DC功能，主要采用MPPT技术的电压环路与电流环路组成双闭环控制前级稳定；在后级主要完成DC/AC功能，两级式并网逆变器中，主要采用直流母线电压环路与并网输出电流环路组成双闭环控制后级稳定，对于前后级环路协调控制，如文献《基于功率前馈的单相光伏并网控制策略》，作者姜世公，王卫，王盼宝，刘桂花，其对传统的双环控制方式(电压外环、电流内环)进行了详细分析，在此基础上提出一种基于输入功率前馈环节的新型光伏并网逆变器控制算法。该算法将光伏板输出功率作为前馈量加入到电流内环，使电流环给定含有输入功率信息。通过分析，该算法能有效提高传统控制方式输出电流对输入功率发生变化时的响应速度，使系统的动态响应性能更加优越。
[0011]然而在智能电网可协调发电时，后级功率输出将受电网用户所选择，当后级处于限制输出条件情况下，采用上述功率前馈思想将无法直接实现母线电压稳定控制，因此，在该情况下，有文献采用前级动态调节，再通过功率前馈来实现逆变器母线电压稳定控制，采用上述方法，相当于将独立的DC/DC环路与DC/AC环路采用一个更大的环路来实现系统稳定性控制，采用上述方法在理论上切实可行，在实际操作中也能取得控制效果，但是系统增加了一个DC/DC环路与DC/AC环路的外环，使得控制系统发生很大改变，在实际调试过程中难度增加。
[0012]综上，如何高效控制两级式逆变器直流母线电压控制显得尤为重要，只有母线电压的稳定控制，才能实现两级式逆变器长期、稳定运行，从当前控制方法来看，分为前馈或反馈，这两者在实际逆变器工作过程中均存在缺陷，而采用全局环路控制策略，能很好实现直流母线电压稳定控制，但是在实际过程中增加一个DC/DC环路与DC/AC环路的外环，相对于“三环”电路控制，实际操作难度较大，对于系统稳定性不易评估，在恶劣情况下，采用“三环”电路控制，甚至会带来系统不稳定性等问题。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种两级式逆变器直流母线电压的控制系统及其控制方法。
[0014]本发明的技术方案如下:
[0015]一种两级式逆变器直流母线电压的控制方法，所述两级式逆变器包括DC/DC，DC/AC，其特征在于，所述方法包括如下步骤:
[0016]步骤1:通过检测单元获取直流侧电压、电流与直流母线电压的数值；
[0017]步骤2:根据步骤I获得的数值采用MPPT控制来控制所述DC/DC的电压外环；
[0018]步骤3:根据所述电压外环的电流参考值与电流实际采样值给定系统控制；
[0019]步骤4:根据直流母线电压与直流母线电压参考值，动态调节电流参考值。
[0020]优选的，上述步骤I中的检测单元用于直流侧电压，直流侧电流以及直流母线电压。
[0021]优选的，上述步骤2中的MPPT的控制策略可依据步骤I获得的数值调整MPPT控制策略。
[0022]优选的，上述步骤3根据所述电压外环的电流参考值与电流实际采样值给定系统控制。
[0023]优选的，上述步骤4的直流母线电压参考值设定，通过直流母线电压环，实现电流指令调节量与MPPT指令控制的电流指令相结合，动态调节直流参考值。
[0024]本发明的基本原理是:通过系统原有控制单元，计算当前所需控制量，在数字信号处理器(DSP)中，根据控制情况，完成相应控制策略，在DC/DC侧增加了直流母线电压控制环路，使得逆变器系统在运行过程，无论是前级系统还是后级系统发生改变，系统均能调节，实现两级逆变器前后级衔接环节直流母线电压稳定控制，在完成相应控制后，通过数字信号处理器(DSP)中相应PffM发生机制，实现直流母线电压稳定控制。
[0025]有益效果
[0026]本发明一种两级式逆变器直流母线电压稳定控制系统，通过对原有的DC/DC侧电压外环、电流内环的基础上叠加直流母线电压稳定控制环路，采用该思想将最大限度保留原有控制算法思想，方便该算法功能模块移植到其他控制平台，由于采用了直流母线电压稳定控制策略，也就是说前级系统与后级系统均采用了直流母线电压稳定控制策略，无论是前级还是后级发生改变时，系统均能实现直流母线电压控制，本发明在最大程度保留原有