提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统，将并网点电压反馈信号进行处理后叠加至电流调节器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高了单向光伏逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括如下步骤：S1、获取并网点的电压反馈信号和电感电流，电压反馈信号的采样延迟传递函数分别为，电感电流的采样延迟传递函数为；S2、将反馈信号代入电流调节器得到调节信号；S3、将反馈信号代入相位调节器得到调节信号；S4、将和相加得到调制信号，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱动信号。
【专利说明】
[0001] 提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统
技术领域
[0002] 本发明设及一种单相光伏并网逆变器的数字控制方法及系统，具体是通过构建相 位调节器来实现网侧的有源阻尼控制，可有效提高逆变器对弱电网的适应性，在电网阻抗 宽范围变化依然可靠并网，满足并网标准。
[0003]
【背景技术】
[0004] W风能与太阳能为代表的分布式发电系统作为可再生能源利用的主要方式之一， 既能支配现有电网的经济运行，又清洁环保，在电力系统的应用比重日益增加。随着分布式 电源并网数量、并网功率的增加及分布位置的广泛，电网越来越呈现出弱电网的特性:电网 阻抗不可忽略，且随电网运行方式变化。运种电网阻抗变化特性将导致逆变器控制系统的 环路增益变化，逆变器并网电流出现振荡甚至不稳定。
[0005] 其中，单相光伏并网逆变器因其较小体积、低廉的价格和相对灵活的便携性与组 网特性，越来越受到家庭、商业和小型电站的青睐。单相光伏并网逆变器受其体积与成本限 审IJ，并网功率一般在5kWW下，开关频率为20曲Z左右，常采用LC型网侧滤波器。
[0006] 图1为现有单相光伏逆变器控制系统的结构图，包括直流电源1、逆变桥2、LC滤波 器3、公共电网4、电流控制器5、PWM生成器6。其中，逆变器2由开关管Tl~W和续流二极管Dl~ D4组成;LC滤波器由滤波电感L。和滤波电容餐。組成;公共电网由电网阻抗Zg和电网电压源 Vg组成;臻幼电感电流拉传感器;巧功并网点电压％K传感器。和H;分别为并网点电压 VfU和电感电流接硬件采样处理电路等效传递函数，一般为一阶低通滤波器，根据和馬得 到并网点电压反馈信号稽敏站巧日电感电流反馈信号电流控制器5利用传感器采集到 的并网点电压猶皮,。海过软件锁相环SP化得到并网点电压相位8,与电感电流基准r 一起构 成电感电流的参考益；与此同时，电流的参考与传感器采集到的电感电流进行 闭环调节，具体的控制过程将结合图2进行说明。为了抑制网侧滤波器与公共电网阻抗形成 IXL谐振尖峰，电流控制器巧I入了并网点电压錢銘邊前馈解禪，实现有源阻尼控制。
[0007] 图2为图1所示的单相逆变器的控制框图，其中，辭为采用数字控制所引入的采样 延迟和PWM调制延迟，一般为1.5的采样周期耗;私。、和Zg分别为滤波电感、滤波电容和电网 阻抗;Kpwm为桥路增益。从图中可知，电感电流参考减去电感电流反馈信号每辦得到电 感电流误差信号，该误差信号经过调节器G;后，与并网点电压反馈信号辑猶I;減相加，共同构 成了调制信号;该调制信号经过PWM生成器，得到逆变桥各开关管的驱动信号，进而得到 逆变器输出电压焉&，通过调节逆变器输出电压使得电感电流程跟踪电感电流参考
[000引从图帥可W看出，由于前馈通道低通滤波器職延时和数字控制延时難的存化并 网点电压反馈信号然热站与并网点电压Vpc诚及调制信号V。和逆变桥输出电压觀间均存 在着相位延迟，尤其是高频段部分延迟更为严重，因此在采用并网点电压反馈信号前馈进 行有源阻尼控制时，其谐振抑制效果将会受到影响，在市电阻抗变化，甚至导致过流等岩机 现象。
[0009]
【发明内容】
[0010] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性 的控制方法及系统，该控制方法将并网点电压反馈信号进行处理后叠加至电流调节 器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高了单向光伏 逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是： 一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括如下步骤： 51、 获取并网点的电压反馈信号^.。巧P电感电流;电压反馈信号％:粗。;惭采样 延迟传递函数分别为躁,，电感电流穀游的采样延迟传递函数为獨； 52、 将反馈信号耗游代入电流调节器得到调节信号馬it; 53、 将反馈信号％絕苗代入相位调节器得到调节信号媒2; 54、 将相加得到调制信号V。、，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱 动信号。
[0012] 优选地，步骤Sl中，通过电压传感器获取所述电压反馈信号嫁絶游:； 和/或， 通过电流传感器获取所述电感电流敎姆。
[OOU] 优选地，步骤S2包括： 521、 根据所述电压反馈信号错始游得到电网电压相位S，再根据所述电网电压相位e W及电流参考基准r，由下式(1)得到电感电流参考接若，
(1); 522、 根据下式(2)将电感电流参考每,,Sf和电感电流反馈信号搭_。.細减，经过电流调节 器得到调节信号心泌，
(2)。
[0014] 优选地，步骤S3包括： 531、 并网点电压反馈信号罐始诚经过相位调节函数释疑鑛，得到输出信号鮮館:藻电， 待誠嶺路]如下式(3)所示，
(3) 其中，Kpi为相位调节函数增益，I为相位调节函数初始角频率，为相位调节函数结 束角频率，a <!，s为拉普拉斯算子； 532、 并网点电压反馈信号綺跑。?经过增益补偿函数，得到输出信号而^每。;。遗， 縣凌該如下式(5)所示，
巧） 其中黑为增益补偿函数Gv说选频带宽系数，緩。为增益补偿函数蔡，纖选频角频率， ^^2为增益补偿函数擇靡線增益； S33、根据输出信号碍始,紋和^纺挺資。:6,由下式(7)得到相位调节器输出信号吗2，
(7)。
[001引更优选地，步骤S31中，由下式(4)得到输出信号嘴姑觀，
(4) 引输出信号轉锭爾。谊i， (6)。
[0016] 本发明采用的又一技术方案是： 一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制系统，包括： 电压采样模块，用于获取并网点的电压反馈信号麵館,邊； 电流采样模块，用于获取并网点的电流反馈信号豁姆;； 电流控制器，用于根据电压反馈信号錢锭;班得到的电网电压相位@ W及电流参考基准 得到电感电流参考，并将电感电流参考!Ij占和电感电流反馈信号fit姆相减，经过电流 调节得到调节信号Vn; PWM生成器，用于产生逆变器各开关管的PWM驱动信号； 该控制系统还包括： 相位调节器，用于对并网点电压反馈信号％政进行相位校正得到调节信号為2; 所述电流控制器还用于将调节信号％、i和所述调节信号^、:相叠加得到调制信号V;。并 送入所述PWM生成器。
[0017] 优选地，所述相位调节器包括： 第一相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号鮮C踐。f进行相位调节得到输出信号 巧妃速左； 第二相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号續妨。。f进行增益补偿得到输出信号 K皆e培苗每莲5 运算模块，用于将W熟艇强和巧始帛。。S哺加得到调节信号觀。
[0018] 本发明采用W上方案，相比现有技术具有如下优点：无需增加额外的电压或者电 流传感器即可抑制网侧LCL型谐振尖峰;在电网阻抗较大范围变化时，控制系统仍然可W保 持稳定，并保持较高的正弦度。该控制方法将并网点电压反馈信号巧《：吟。&进行处理后叠加 至电流调节器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高 了单向光伏逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。
[0019]
【附图说明】
[0020] 图1为现有的单相光伏逆变器的控制系统示意图。
[0021 ]图2为现有的单相光伏逆变器的控制框图。
[0022] 图3为本发明的单相光伏逆变器的控制系统示意图。
[0023] 图4为采用本发明所提供的控制方法的流程图。
[0024] 图5为采用现有控制方法的实验波形图。
[0025] 图6为采用本发明控制方法的实验波形图。
[0026]
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，W使本发明的优点和特征能 更易于被本领域的技术人员理解。
[0028] 参照图3所示，本发明的一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制系统， 包括电压采样模块、电流采样模块、直流电源1、逆变桥2、LC滤波器3、公共电网4、电流控制 器5、PWM生成器6、相位调节器7。其中，电压采用模块由并网点电压咕CC传感器磯巧日并网点 电压采样处理电路Ii;组成，电流采样模块由电感电流k传感器CSi和电感电流采样处 理电路组成，其中1?和操一般为一阶低通滤波器，根据武和H,分别得到并网点电压反馈信 号磯放谢电感电流反馈信号逆变器2由开关管Ti'、疋和续流二极管的:^^耗组成;LC 滤波器3由滤波电感L。和滤波电容C。组成；公共电网4由电网阻抗和电网电压源Vg组成； e为采用电压反馈信号所得到的并网点电压相位;r为电感电流基准;k_如为电感电 流参考;螺为电流调节器，通常采用比例积分控制策略。电流控制器5,用于根据电网电压相 位@^及电流参考基准r得到电感电流参考Iusgf，并将电感电流参考接和电感电流反馈 信号教相减，经过电流调节得到调节信号《键;PWM生成器6,用于产生逆变器各开关管的 P歷驱动信号；相位调节器7，用于对并网点电压反馈信号轉鶴。茲进行相位校正得到调节信 号电流控制器还用于将调节信号鮮郝调节信号昭2相叠加得到调制信号SW并送入P歷 生成器。
[0029] 具体地，相位调节器7包括： 第一相位调节模块Gvi71，用于对并网点电压反馈信号K錄松。锁行相位调节得到输出信 号y綻:拉扳； 第二相位调节模块Gv272,用于对并网点电压反馈信号碍絶追f进行增益补偿得到输出 信号转挺jirt齿:； 运算模块73，用于将％;:魅J和鮮班翁。对时日得到调节信号馬&。
[0030] 参照图4所示，上述控制系统采用的提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控 制方法，包括如下步骤： 一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括下述步骤。
[0031] S1、获取并网点的电压反馈信号诚:短。巧P电感电流;霞_。.?:，电压反馈信号辟致浊揃采 样延迟传递函数分别为巧电感电流i扛巧的采样延迟传递函数为鴨。
[0032] S2、将反馈信号為始代入电流调节器得到调节信号具体为： S21、根据所述电压反馈信号y麵得到电网电压相位e，再根据所述电网电压相位曼 W及电流参考基准於由下式(1)得到电感电流参考^;?进， (1)； S22、根据下式(2)将电感电流参考範,ref和电感电流反馈信号挺。討目减，经过电流调节 器得到调节信号％11，
(2)。
[003引S3、将反馈信号％旅诚代入相位调节器得到调节信号觀，具体为， 531、 并网点电压反馈信号％:起。&经过下式(3)所示的相位调节函数容隊薇，由下式(4) 得到输出信号K敎提弦，
(3) (4) 其中，为相位调节函数增益，I:为相位调节函数初始角频率，为相位调节函数结 束角频率，豫起l;，s为拉普拉斯算子； 532、 并网点电压反馈信号山经过下式(5)所示的增益补偿函数3，，由下式(6) 得到输出信号^^線：:燕&&，
(5) (6) 其中，Kr为增益补偿函数鶴2鐵选频带宽系数，鱗3为增益补偿函数|1麵補;选频角频率， 鮮2为增益补偿函数嚇織增益； 533、 根据输出信号y館吃挺和钱從觀。產，由下式(7)得到相位调节器输出信号權:，
(7)。
[0034] 84、将￥油和福厢加得到调制信号^，并送入P歷生成器，产生逆变器各开关管的 PWM驱动信号。馬《的计算公式如下式(8)，
(8)。
[0035] W-个实例对现有技术中的控制方法和本发明的控制方法进行对比说明，该实例 的主要参数如下：
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并网点电压信号采样调理电路传递B 电感电流信号采样调理电路传递函I 采用可编程交流电源模拟公共电网电压，设定电网电压为峻二徽轉，正弦度良好;采 用串接电感来模拟电网阻抗。在不同的控制方法下结果如下： 图1所示的现有控制系统所采用的现有的控制方法的实验波形图如图5所示。其中图5 (a) 、5(b)、5(c)分别为在电网阻抗为知、通时的实验波形。由于采样与控制 延迟的存在，现有技术中的并网点电压前馈控制方法未能较好的进行有源阻尼控制，逆变 器输出电流波形存在高频振荡，严重时可能触发过流，引起岩机现象. 图3所示的本发明控制系统所采用的控制方法的实验波形图如图6所示。其中图6(a)、6 (b) 、6(c)分别为在电网阻抗为狂&地、3.触讯、澤織細时的实验波形。由于相位调节器很好 的补偿了采样与控制延迟，并网点电压前馈控制方法较好进行有源阻尼控制，逆变器输出 电流波形无高频振荡。因此在电网阻抗从熟萄綠!至3嚴撼Ii变化时，逆变器均工作稳定，有效 验证了本发明控制方法的实用性。
[0036] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟 悉此项技术的人±能够了解本发明的内容并据W实施，并不能W此限定本发明的保护范 围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，其特征在于，包括如下步 骤： 51、 获取并网点的电压反馈信号鮮始苗和电感电流?红。f:，电压反馈信号鱗鶴。茲的采样延 迟传递函数分别为賜，电感电流泌的采样延迟传递函数为雖； 52、 将反馈信号如泌代入电流调节器得到调节信号跨。 53、 将反馈信号巧始入相位调节器得到调节信号篇2; 54、 将^，油^相加得到调制信号V。，并送入P歷生成器，产生逆变器各开关管的P歷驱 动信号。2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S1中，通过电压传感器获取所述 电压反馈信号巧敵斬 和/或， 通过电流传感器获取所述电感电流痕:_始。3. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2包括： 521、 根据所述电压反馈信号得到电网电压相位Θ，再根据所述电网电压相位8W 及电流参考基准护，由下式(1)得到电感电流参考奪^苗，(1); 522、 根据下式(2)将电感电流参考捨如巧日电感电流反馈信号Ik。:对目减，经过电流调节器 得到调节信号V述，(2)。4. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S3包括： 531、 并网点电压反馈信号鮮館如经过相位调节函数探途藻，得到输出信号巧泌踞， 待滅察前如下式(3)所示，(3) 其中，为相位调节函数增益,?为相位调节函数初始角频率为相位调节函数结 d. 辛进 束角频率，梵，S为拉普拉斯算子； 532、 并网点电压反馈信号V致乾诚经过增益补偿函数餐游竊，得到输出信号^9陡游細:， 咨I黯α如下式巧)所示，巧） 其中墨为增益补偿函数輸絳选频带宽系数，機为增益补偿函数韻銳;选频角频率， 察蛇为增益补偿函数山增益； 533、 根据输出信号巧巧日嘴醜激。J，由下式(7)得到相位调节器输出信号解， 京燈二:取弦綻立左.T ( 7 )。5. 根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤S31中，由下式(4)得到输出信号 释魏苗速怎，(4) 步骤S32中，由下式(6)得到输出信号％絲：.满.。患， 杉麵口。《二巧苑采嘴技。? (6)。6. -种采用如权利要求1-5任一所述的控制方法的提高单相光伏逆变器对弱电网的适 应性的控制系统，包括： 电压采样模块，用于获取并网点的电压反馈信号％; 电流采样模块，用于获取并网点的电流反馈信号橋。托； 电流控制器，用于根据电压反馈信号續鶴诚俱到的电网电压相位装W及电流参考基准r 得到电感电流参考若，并将电感电流参考接和电感电流反馈信号％?討目减，经过电流 调节得到调节信号 PWM生成器，用于产生逆变器各开关管的PWM驱动信号； 其特征在于，该控制系统还包括： 相位调节器，用于对并网点电压反馈信号y辑粒减?行相位校正得到调节信号為。 所述电流控制器还用于将调节信号%茲和所述调节信号'?：；相叠加得到调制信号并送 入所述PWM生成器。7. 根据权利6所述的控制系统，其特征在于，所述相位调节器包括： 第一相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号g殆色遞进行相位调节得到输出信号 怒誘备速? ; 第二相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号巧滅进行增益补偿得到输出信号 '鮮担e鄉。鱼； 运算模块，用于将墙^姑和y館強細捕加得到调节信号馬2。
【文档编号】H02J3/24GK106099971SQ201610330703
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】李小龙, 廖小俊, 舒成维, 程进, 蔡晓杰, 姚佳雨
【申请人】江苏兆伏爱索新能源有限公司