專利名稱：一種光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子非線性智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
背景技術(shù)：
光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能發(fā)電的主流技術(shù)，該技術(shù)涉及半導(dǎo)體新材料、電力電子新技術(shù)、現(xiàn)代控制理論于一體，是當(dāng)今世界新能源利用的研究熱點(diǎn)技術(shù)之一。光伏并網(wǎng)逆變器是一種將太陽(yáng)能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷碾娐费b置(DC-AC)，是一種強(qiáng)非線性系統(tǒng)。對(duì)于DC-AC開關(guān)功率逆變器這種強(qiáng)非線性系統(tǒng)，常規(guī)的線性控制算法無(wú)法取得滿意的效果，線性化模型難以真實(shí)地從物理本質(zhì)上揭示逆變器的各種動(dòng)態(tài)特性，因而就很難進(jìn)一步提聞系統(tǒng)的各種性能。目前，光伏并網(wǎng)逆變器的同步控制多采用線性控制方法，如PI控制、滯環(huán)控制、無(wú)差拍控制等。這些線性控制方法因算法簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的同步控制中，但它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的缺陷顯而易見PI控制的缺點(diǎn)是幅值和相位存在原理性誤差， 而且該誤差的改善與系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一對(duì)矛盾；滯環(huán)控制由于開關(guān)頻率不固定，開關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力較大，實(shí)際設(shè)計(jì)難度大；無(wú)差拍控制則要求有精確的負(fù)載和系統(tǒng)模型，在具體應(yīng)用中受到限制；線性控制方法存在的這些缺點(diǎn)很大程度上影響了光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性和輸出精度。另外，光伏并網(wǎng)逆變器的負(fù)載是電網(wǎng)，而電網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，它存在多種不確定因素，具有難以確切描述的非線性特性，這就要求光伏并網(wǎng)逆變器具有自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力以及較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，傳統(tǒng)的線性化控制方法已經(jīng)無(wú)法滿足這樣的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有更高的智能和更高的輸出精度，并能適應(yīng)各種電網(wǎng)環(huán)境，能提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。本發(fā)明的目的是通過下述的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的—種光伏并網(wǎng)逆變器，包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、功率開關(guān)管對(duì)象、等效濾波器、 鎖相環(huán)(PLL)、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊、電流變送器、電壓變送器和BP (Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊，電壓變送器的輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊分別與最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)的輸出端、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出端、電流變送器的輸出端相連，作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的三個(gè)輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出端與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連，三個(gè)輸入端的信號(hào)經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計(jì)算后，輸出至功率開關(guān)管對(duì)象，功率開關(guān)管對(duì)象的輸出端與等效濾波器的輸入端連接。所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為輸入層、隱含層和輸出層。所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊為DSP、FPGA或單片機(jī)。
一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括以下步驟(I)設(shè)置一個(gè)包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、功率開關(guān)管對(duì)象、等效濾波器、鎖相環(huán)、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊、電流變送器、電壓變送器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的光伏并網(wǎng)逆變器，公共電網(wǎng)電壓分別與電壓變送器和電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸入端相連接，電壓變送器輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)輸出的電網(wǎng)電壓的頻率與相位信號(hào)與光伏電池板的電壓和電流經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊后輸出的電流信號(hào)相乘后作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的一個(gè)輸入信號(hào);公共電網(wǎng)電壓經(jīng)過電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊后輸出的電壓信號(hào)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的第二個(gè)輸入信號(hào)；饋入電網(wǎng)的電流經(jīng)電流變送器后得到電流信號(hào)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的第三個(gè)輸入信號(hào)；(2) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出端與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連，三個(gè)輸入端的信號(hào)經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計(jì)算后，輸出至功率開關(guān)管對(duì)象，功率開關(guān)管對(duì)象的輸出信號(hào)受到公共電網(wǎng)的擾動(dòng)后，經(jīng)過等效濾波器，輸出電流饋入公共電網(wǎng)。所述最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)的輸出端輸出的是光伏電池板的電壓和電流經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊后輸出的電流信號(hào)與鎖相環(huán)輸出的電網(wǎng)電壓的頻率與相位信號(hào)相乘得到導(dǎo)師信號(hào)。所述的電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出信號(hào)為公共電網(wǎng)電壓經(jīng)過電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊后的電壓信號(hào)。所述的電流變送器的輸出信號(hào)為饋入電網(wǎng)的電流流經(jīng)電流變送器后產(chǎn)生的電流信號(hào)。所述的光伏并網(wǎng)逆變器控制方法的整體過程為光伏電池板的電壓Upv和電流Ipv經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊后輸出IMPPT，Imppt與鎖相環(huán)的輸出sin(W +妁相乘得到導(dǎo)師信號(hào)IKEF，所得到的導(dǎo)師信號(hào)Ikef作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的一個(gè)輸入量；公共電網(wǎng)電壓UMd分別與電壓變送器、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸入端相連接，電壓變送器輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端，電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出Uf連接到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的另一個(gè)輸入端；饋入電網(wǎng)的電流Itoid經(jīng)電流變送器后得到Γ toid，作為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的第三個(gè)輸入，因此，本發(fā)明所采用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸入信號(hào)矢量包含三個(gè)輸入分量，即I' &id，Iiffip，UF ;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連；功率開關(guān)管對(duì)象的輸出受到公共電網(wǎng)的擾動(dòng)(等效為相加)后，經(jīng)過等效濾波器模塊，輸出電流Itoid饋入公共電網(wǎng)。其中最大功率點(diǎn)跟蹤模塊計(jì)算出當(dāng)前的最大功率點(diǎn)輸出電流Imppt,鎖相環(huán)模塊計(jì)算出電網(wǎng)電壓的頻率與相位，最大功率點(diǎn)跟蹤模塊與鎖相環(huán)模塊的輸出相乘后產(chǎn)生導(dǎo)師信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、功率開關(guān)管對(duì)象、等效濾波器、鎖相環(huán)、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊、電流變送器、電壓變送器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊， 電壓變送器的輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊分別與最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)的輸出端、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出端、電流變送器的輸出端相連，作為BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的三個(gè)輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出端與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連，三個(gè)輸入端的信號(hào)經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計(jì)算后，輸出至功率開關(guān)管對(duì)象，功率開關(guān)管對(duì)象的輸出端與等效濾波器的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為輸入層、隱含層和輸出層。
3.如權(quán)利要求I所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊為 DSP、FPGA或單片機(jī)。
4.一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)設(shè)置一個(gè)包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、功率開關(guān)管對(duì)象、等效濾波器、鎖相環(huán)、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊、電流變送器、電壓變送器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的光伏并網(wǎng)逆變器，公共電網(wǎng)電壓分別與電壓變送器和電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸入端相連接，電壓變送器輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)輸出的電網(wǎng)電壓的頻率與相位信號(hào)與光伏電池板的電壓和電流經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊后輸出的電流信號(hào)相乘后作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的一個(gè)輸入信號(hào);公共電網(wǎng)電壓經(jīng)過電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊后輸出的電壓信號(hào)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的第二個(gè)輸入信號(hào)；饋入電網(wǎng)的電流經(jīng)電流變送器后得到電流信號(hào)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的第三個(gè)輸入信號(hào)；(2)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出端與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連，三個(gè)輸入端的信號(hào)經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊計(jì)算后，輸出至功率開關(guān)管對(duì)象，功率開關(guān)管對(duì)象的輸出信號(hào)受到公共電網(wǎng)的擾動(dòng)后，經(jīng)過等效濾波器，輸出電流饋入公共電網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)的輸出端輸出的是光伏電池板的電壓和電流經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊后輸出的電流信號(hào)與鎖相環(huán)輸出的電網(wǎng)電壓的頻率與相位信號(hào)相乘得到導(dǎo)師信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述的電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出信號(hào)為公共電網(wǎng)電壓經(jīng)過電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊后的電壓信號(hào)。
7.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于所述的電流變送器的輸出信號(hào)為饋入電網(wǎng)的電流流經(jīng)電流變送器后產(chǎn)生的電流信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法，逆變器包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、功率開關(guān)管對(duì)象、等效濾波器、鎖相環(huán)、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊、電流變送器、電壓變送器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊，電壓變送器的輸出端連接至鎖相環(huán)的輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊分別與最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)的輸出端、電網(wǎng)擾動(dòng)測(cè)量模塊的輸出端、電流變送器的輸出端相連，作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的三個(gè)輸入端；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊的輸出端與功率開關(guān)管對(duì)象輸入端相連，功率開關(guān)管對(duì)象的輸出端與等效濾波器的輸入端連接。本發(fā)明具有更高的智能和輸出精度，并能適應(yīng)各種電網(wǎng)環(huán)境，能提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102593862SQ20121002333
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月2日
發(fā)明者何婷婷, 廖志賢, 羅曉曙, 閉金杰 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)