光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法，其中方法包括如下步驟：根據(jù)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器；根據(jù)負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，采用模型參考自適應控制方法，控制負載運行；根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制方法，控制光伏單元。其通過采用不同的控制方法，分別控制光伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元，實現(xiàn)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中三元聯(lián)動控制，從而實現(xiàn)了能量的雙向流動及實時并網(wǎng)，有效地解決了現(xiàn)有的光伏空調(diào)系統(tǒng)不能實現(xiàn)實時并網(wǎng)，且不能實現(xiàn)全直流并網(wǎng)技術的問題。
【專利說明】光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電器領域，特別是涉及一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界能源危機及環(huán)境問題的不斷惡化，可再生能源及各種綠色能源的應用變 得越來越迫切。太陽能作為一種可再生能源，長期以來一直受到廣泛關注。利用太陽能制 備的太陽能空調(diào)，其實現(xiàn)形式主要有兩種：一，是對太陽能進行光熱轉(zhuǎn)換，利用熱能實現(xiàn)制 冷的光熱空調(diào)；二，是對太陽能進行光電轉(zhuǎn)換，利用電能實現(xiàn)制冷的光伏空調(diào)。隨著太陽能 電池及電力電子技術的發(fā)展，光伏空調(diào)逐漸替代光熱空調(diào)，成為太陽能空調(diào)的主流方向。
[0003] 目前，光伏空調(diào)的實現(xiàn)方案主要為：采用光伏發(fā)電并網(wǎng)，然后由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，實 現(xiàn)空調(diào)用電運行?；虿捎脺手绷鞑⒕W(wǎng)技術，將太陽能電池輸出的直流電通過DC-DC穩(wěn)壓設 備穩(wěn)壓后供給空調(diào)用電?？照{(diào)不工作時進行并網(wǎng)發(fā)電。該兩種方案容易實現(xiàn)，控制相對簡 單，在家用光伏空調(diào)中得到了廣泛應用。
[0004] 但是，針對光伏中央空調(diào)系統(tǒng)而言，采用光伏發(fā)電并網(wǎng)，能量損耗較大；采用準直 流并網(wǎng)技術雖然降低了部分能量損耗，但是余電未能實現(xiàn)實時并網(wǎng)。并且，目前還鮮有可用 于光伏中央空調(diào)系統(tǒng)的大功率DC-DC穩(wěn)壓設備。因此，對于光伏中央空調(diào)系統(tǒng)，不能實現(xiàn)全 直流并網(wǎng)技術。
[0005] 同樣，以其他電器設備為負載的光伏發(fā)用電系統(tǒng)也存在上述問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 基于此，有必要針對現(xiàn)有的光伏發(fā)用電系統(tǒng)不能實現(xiàn)實時并網(wǎng)的問題，提供一種 光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法。
[0007] 為實現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，包括如下步驟：
[0008] 根據(jù)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采 用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制所述電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器；
[0009] 根據(jù)所述負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，采用模型參考自適 應控制方法，控制所述負載運行；
[0010] 根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制方法，控制所述光伏單元。
[0011] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單 元之間的能量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制所述電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流 器，包括如下步驟：
[0012] 根據(jù)所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元之間的所述能量平衡關系，設 直控制目標和約束條件；
[0013] 根據(jù)所述控制目標和所述約束條件，對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行坐標轉(zhuǎn)換，得到所述 網(wǎng)側(cè)換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型；
[0014] 根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，按照所述電壓外環(huán)電 流內(nèi)環(huán)控制方法對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行控制。
[0015] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學 模型，按照所述電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行控制，包括如下步驟：
[0016] 預設所述網(wǎng)側(cè)換流器的直流側(cè)電壓參考值，并實時監(jiān)測所述網(wǎng)側(cè)換流器的直流側(cè) 電壓實際值；
[0017] 對所述直流側(cè)電壓參考值與所述直流側(cè)電壓實際值的差值進行PI調(diào)節(jié)后，輸出 所述網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電流的直流分量參考值；
[0018] 實時檢測所述網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值，對所述網(wǎng)側(cè)電流的直流 分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值的差值進行所述PI調(diào)節(jié)；
[0019] 將所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值的差值進 行所述PI調(diào)節(jié)后的第一輸出結(jié)果，與所述電網(wǎng)單元輸出的電網(wǎng)電壓的直流分量、所述網(wǎng)側(cè) 換流器的網(wǎng)側(cè)電壓的直流分量以及所述網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)求和，經(jīng)脈寬調(diào)制后輸 出第一脈沖信號；
[0020] 將所述第一脈沖信號輸入至所述網(wǎng)側(cè)換流器，控制所述網(wǎng)側(cè)換流器中的功率開關 器件運行。
[0021] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù) 學模型，按照所述電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行控制，還包括如下步 驟：
[0022] 設置所述網(wǎng)側(cè)換流器的所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值為零，并實時檢測所述網(wǎng) 側(cè)換流器的所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值；
[0023] 對所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值進行所述 PI調(diào)節(jié)；
[0024] 將所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值的差值進 行所述PI調(diào)節(jié)后的第二輸出結(jié)果，與所述電網(wǎng)單元輸出的電網(wǎng)電壓的交流分量、所述網(wǎng)側(cè) 換流器的網(wǎng)側(cè)電壓的交流分量以及所述網(wǎng)側(cè)換流器的所述網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)求和，經(jīng)脈寬調(diào)制 后輸出第二脈沖信號；
[0025] 將所述第二脈沖信號輸入至所述網(wǎng)側(cè)換流器，控制所述網(wǎng)側(cè)換流器中的所述功率 開關器件運行。
[0026] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù) 學模型，采用模型參考自適應控制方法，控制所述負載運行，包括如下步驟：
[0027] 根據(jù)所述負載在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，選取所述負載的本體模型作 為參考模型，所述負載在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型中的電流模型作為可調(diào)模型， 對所述電流模型化簡；
[0028] 將所述電流模型化簡后，設計并聯(lián)可調(diào)模型；
[0029] 根據(jù)P0P0V超穩(wěn)定性理論和所述并聯(lián)可調(diào)模型得到所述負載的轉(zhuǎn)速算法；
[0030] 根據(jù)所述負載的所述轉(zhuǎn)速算法，控制所述負載運行。
[0031] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制方法，控制所 述光伏單元，包括如下步驟：
[0032] 根據(jù)三相靜止坐標系到所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣，以及瞬時有功功率和瞬 時無功功率的定義，分別得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的預測功率；
[0033] 根據(jù)所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的所述預測功率，和所述光伏 陣列的輸出特性及電導增量法，得到所述光伏單元最大功率點跟蹤的步長選擇值；
[0034] 根據(jù)所述步長選擇值，對所述光伏單元的輸出功率進行動態(tài)負載跟蹤MPPT自適 應步長控制，實現(xiàn)所述光伏單元的最大功率點輸出。
[0035] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)三相靜止坐標系到所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩 陣，以及瞬時有功功率和瞬時無功功率的定義，分別得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所 述光伏單元的預測功率，包括如下步驟：
[0036] 根據(jù)所述變換矩陣，得到所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的電壓和電流在所述同步 旋轉(zhuǎn)坐標系下的表達式；
[0037] 分別根據(jù)所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的電壓和電流在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下 的表達式，以及所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率的定義，計算得到所述負載單元和 所述電網(wǎng)單元的所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率；
[0038] 根據(jù)所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率，以 及所述能量平衡關系，分別得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的預測功率。
[0039] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述步長選擇值，對所述光伏單元的輸出功率進 行動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制，實現(xiàn)所述光伏單元的最大功率點輸出，包括如下步 驟：
[0040] 根據(jù)所述光伏單元的輸出電壓和輸出電流，判斷所述光伏單元的輸出電導的變化 量和所述光伏單元的輸出電導的負值的關系；
[0041] 根據(jù)所述輸出電導的變化量與所述輸出電導的負值的關系，控制所述光伏單元的 輸出電壓指令值，進而控制所述光伏單元的輸出功率。
[0042] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述輸出電導的變化量與所述輸出電導的負值的 關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值，進而控制所述光伏單元的輸出功率，包括如下 步驟：
[0043] 判斷所述輸出電導的變化量是否等于所述輸出電導的負值；
[0044] 當所述輸出電導的變化量等于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單元的輸出 電壓指令值保持當前輸出電壓不變，從而控制所述光伏單元的輸出功率；
[0045] 當所述輸出電導的變化量不等于所述輸出電導的負值時，根據(jù)所述輸出電導的變 化量與所述輸出電導的負值的大小關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值以所述步長 選擇值為間隔增大或減小。
[0046] 在其中一個實施例中，所述當所述輸出電導的變化量不等于所述輸出電導的負值 時，包括如下步驟：
[0047] 判斷所述輸出電導的變化量是否大于所述輸出電導的負值；
[0048] 當所述輸出電導的變化量大于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單元的輸出 電壓指令值為：所述當前輸出電壓+所述步長選擇值，并進行差值判斷計算后，控制所述光 伏單元的輸出功率；
[0049] 當所述輸出電導的變化量小于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單兀的輸出 電壓指令值為：所述當前輸出電壓一所述步長選擇值，并進行所述差值判斷計算后，控制所 述光伏單元的輸出功率。
[0050] 在其中一個實施例中，所述根據(jù)所述光伏單元的輸出電壓和輸出電流，判斷所述 光伏單元的輸出電導的變化量和所述光伏單元的輸出電導的負值的關系，包括如下步驟：
[0051] 分別對所述光伏單元的輸出電壓和輸出電流進行采樣；
[0052] 判斷當前時刻采集的輸出電壓與上一時刻采集的輸出電壓的電壓差值；
[0053] 當所述電壓差值不為零時，判斷所述光伏單元的輸出電導的變化量和所述光伏單 元的輸出電導的負值的關系。
[0054] 在其中一個實施例中，所述判斷當前時刻采集的輸出電壓與上一時刻采集的輸出 電壓的電壓差值，還包括如下步驟：
[0055] 當所述電壓差值為零時，判斷當前時刻采集到的輸出電流與上一時刻采集到的輸 出電流的電流差值；
[0056] 當所述電流差值為零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值保持所述當前輸出 電壓不變，進而控制所述光伏單元的輸出功率；
[0057]當所述電流差值不為零時，根據(jù)所述電流差值與零的關系，控制所述光伏單元的 輸出電壓指令值以所述步長選擇值為間隔增大或減小。
[0058] 在其中一個實施例中，所述當所述電流差值不為零時，根據(jù)所述電流差值與零的 關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值以所述步長選擇值為間隔增大或減小，包括如 下步驟：
[0059] 判斷所述電流差值是否大于零；
[0060] 當所述電流差值大于零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值為：所述當前輸 出電壓+所述步長選擇值后，進行所述差值判斷計算，控制所述光伏單元的輸出功率；
[0061] 當所述電流差值小于零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值為：所述當前輸 出電壓一所述步長選擇值后，進行所述差值判斷計算，控制所述光伏單元的輸出功率。
[0062] 相應的，為實現(xiàn)上述任一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，本發(fā)明還提供了一種光伏直 驅(qū)系統(tǒng)，包括光伏單元、負載單元、電網(wǎng)單元和控制器；
[0063] 所述光伏單元的輸出端分別與所述負載單元的負載側(cè)換流器的輸入端和所述電 網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器的輸入端電連接；
[0064] 所述負載側(cè)換流器的輸入端與所述網(wǎng)側(cè)換流器的輸入端電連接；
[0065] 所述控制器分別與所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元連接，包括第一 控制模塊、第二控制模塊和第三控制模塊；
[0066] 所述第一控制模塊，用于根據(jù)所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元之間 的能量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制所述電網(wǎng)單元的所述網(wǎng)側(cè)換流 器；
[0067] 所述第二控制模塊，用于根據(jù)所述負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學 模型，采用模型參考自適應控制方法，控制所述負載運行；
[0068] 所述第三控制模塊，用于根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制法，控制所述光 伏單元。
[0069] 在其中一個實施例中，所述光伏直驅(qū)系統(tǒng)為光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)，所述光伏直驅(qū)空 調(diào)系統(tǒng)包括機載換流器，所述機載換流器包括所述負載側(cè)換流器和所述網(wǎng)側(cè)換流器。
[0070] 在其中一個實施例中，所述光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)為光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)。
[0071] 上述光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其控制方法的有益效果：其中光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法根據(jù)光 伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流 內(nèi)環(huán)控制方法，控制電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器。同時，根據(jù)負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標 系下的數(shù)學模型，采用模型參考自適應控制方法，控制負載的運行。同時，還根據(jù)動態(tài)負載 跟蹤MPPT自適應步長控制方法，控制光伏單元。其通過采用不同的控制方法，分別控制光 伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元，實現(xiàn)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中三元聯(lián)動控制，達到 光伏直驅(qū)系統(tǒng)三元換流的控制目的。從而實現(xiàn)了能量的雙向流動及實時并網(wǎng)，有效地解決 了現(xiàn)有的光伏發(fā)用電系統(tǒng)，如光伏空調(diào)系統(tǒng)不能實現(xiàn)實時并網(wǎng)，且由于目前鮮有大功率的 DC-DC穩(wěn)壓設備不能實現(xiàn)全直流并網(wǎng)技術的問題，使得本發(fā)明特別適用于如光伏中央空調(diào) 系統(tǒng)等負載單元功率較大的光伏發(fā)用電系統(tǒng)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0072] 圖1為光伏直驅(qū)系統(tǒng)一具體實施例拓撲圖；
[0073] 圖2為光伏直驅(qū)系統(tǒng)一具體實施例的能量流動示意圖；
[0074] 圖3為光伏直驅(qū)系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)換流器控制環(huán)路框圖；
[0075] 圖4為光伏直驅(qū)系統(tǒng)中負載側(cè)控制環(huán)路框圖；
[0076] 圖5為光伏直驅(qū)系統(tǒng)中光伏單元MPPT自適應步長控制環(huán)路框圖；
[0077] 圖6為光伏直驅(qū)系統(tǒng)中光伏單元MPPT控制流程圖。
【具體實施方式】
[0078] 為使本發(fā)明技術方案更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳 細說明。
[0079] 參見圖1，作為一具體實施例的光伏直驅(qū)系統(tǒng)，包括光伏單元、負載單元、電網(wǎng)單元 和控制器（圖中未不出）。
[0080] 光伏單元的輸出端分別與負載單元的負載側(cè)換流器（AC-DC)的輸入端和電網(wǎng)單 元的網(wǎng)側(cè)換流器（DC-AC)的輸入端電連接。
[0081] 負載側(cè)換流器（AC-DC)的輸入端與網(wǎng)側(cè)換流器（DC-AC)的輸入端電連接。
[0082] 控制器分別與光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元連接，包括第一控制模塊、第二控制 模塊和第三控制模塊。
[0083] 第一控制模塊，用于根據(jù)光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采 用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器（DC-AC)，實現(xiàn)能量雙向流動和 實時切換。
[0084] 第二控制模塊，用于根據(jù)負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，采 用模型參考自適應控制方法，控制負載運行。
[0085] 第三控制模塊，用于根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT (Maximum Power Point Tracking,最 大功率點跟蹤）自適應步長控制法，控制光伏單元。
[0086] 其中，負載單元可為空調(diào)機組等電氣設備。光伏直驅(qū)系統(tǒng)為光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)， 光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)包括機載換流器，機載換流器包括負載側(cè)換流器（AC-DC)和網(wǎng)側(cè)換流器 (DC-AC)。
[0087] 具體的，光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)為光伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)。以下實施例均以額定功 率為380KW的負載單元為負載變頻離心機組為負載單元，標稱功率為400KW的光伏單元為 例，進行說明。
[0088] 通過對上述光伏直驅(qū)系統(tǒng)及其三個單元進行分析，參見圖2,以圖2中所示能量方 向為正方向，忽略電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器（DC-AC)損耗、負載單元的負載側(cè)換流器（AC-DC) 損耗及其他損耗，可知三個單元（光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元）之間始終存在著能量平 衡關系：
[0089]
【權利要求】
1. 一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 根據(jù)光伏直驅(qū)系統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采用電 壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制所述電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器； 根據(jù)所述負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，采用模型參考自適應控 制方法，控制所述負載運行； 根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制方法，控制所述光伏單元。
2. 根據(jù)權利要求1所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)光伏直驅(qū)系 統(tǒng)中的光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元之間的能量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制 方法，控制所述電網(wǎng)單元的網(wǎng)側(cè)換流器，包括如下步驟： 根據(jù)所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元之間的所述能量平衡關系，設置控 制目標和約束條件； 根據(jù)所述控制目標和所述約束條件，對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行坐標轉(zhuǎn)換，得到所述網(wǎng)側(cè) 換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型； 根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，按照所述電壓外環(huán)電流內(nèi) 環(huán)控制方法對所述網(wǎng)側(cè)換流器進行控制。
3. 根據(jù)權利要求2所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換 流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，按照所述電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法對所述網(wǎng) 側(cè)換流器進行控制，包括如下步驟： 預設所述網(wǎng)側(cè)換流器的直流側(cè)電壓參考值，并實時監(jiān)測所述網(wǎng)側(cè)換流器的直流側(cè)電壓 實際值； 對所述直流側(cè)電壓參考值與所述直流側(cè)電壓實際值的差值進行PI調(diào)節(jié)后，輸出所述 網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電流的直流分量參考值； 實時檢測所述網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值，對所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量 參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值的差值進行所述PI調(diào)節(jié)； 將所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的直流分量實際值的差值進行所 述PI調(diào)節(jié)后的第一輸出結(jié)果，與所述電網(wǎng)單元輸出的電網(wǎng)電壓的直流分量、所述網(wǎng)側(cè)換流 器的網(wǎng)側(cè)電壓的直流分量以及所述網(wǎng)側(cè)換流器的網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)求和，經(jīng)脈寬調(diào)制后輸出第 一脈沖信號； 將所述第一脈沖信號輸入至所述網(wǎng)側(cè)換流器，控制所述網(wǎng)側(cè)換流器中的功率開關器件 運行。
4. 根據(jù)權利要求3所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述網(wǎng)側(cè)換 流器在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，按照所述電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法對所述網(wǎng) 側(cè)換流器進行控制，還包括如下步驟： 設置所述網(wǎng)側(cè)換流器的所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值為零，并實時檢測所述網(wǎng)側(cè)換 流器的所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值； 對所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值進行所述PI調(diào) 節(jié)； 將所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量參考值與所述網(wǎng)側(cè)電流的交流分量實際值的差值進行所 述PI調(diào)節(jié)后的第二輸出結(jié)果，與所述電網(wǎng)單元輸出的電網(wǎng)電壓的交流分量、所述網(wǎng)側(cè)換流 器的網(wǎng)側(cè)電壓的交流分量以及所述網(wǎng)側(cè)換流器的所述網(wǎng)側(cè)電感參數(shù)求和，經(jīng)脈寬調(diào)制后輸 出第二脈沖信號； 將所述第二脈沖信號輸入至所述網(wǎng)側(cè)換流器，控制所述網(wǎng)側(cè)換流器中的所述功率開關 器件運行。
5. 根據(jù)權利要求1所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述負載單 元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，采用模型參考自適應控制方法，控制所述負 載運行，包括如下步驟： 根據(jù)所述負載在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，選取所述負載的本體模型作為參 考模型，所述負載在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型中的電流模型作為可調(diào)模型，對所 述電流模型化簡； 將所述電流模型化簡后，設計并聯(lián)可調(diào)模型； 根據(jù)POPOV超穩(wěn)定性理論和所述并聯(lián)可調(diào)模型得到所述負載的轉(zhuǎn)速算法； 根據(jù)所述負載的所述轉(zhuǎn)速算法，控制所述負載運行。
6. 根據(jù)權利要求1所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)動態(tài)負載跟 蹤MPPT自適應步長控制方法，控制所述光伏單元，包括如下步驟： 根據(jù)三相靜止坐標系到所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣，以及瞬時有功功率和瞬時無 功功率的定義，分別得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的預測功率； 根據(jù)所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的所述預測功率，和所述光伏陣列 的輸出特性及電導增量法，得到所述光伏單元最大功率點跟蹤的步長選擇值； 根據(jù)所述步長選擇值，對所述光伏單元的輸出功率進行動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步 長控制，實現(xiàn)所述光伏單元的最大功率點輸出。
7. 根據(jù)權利要求6所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)三相靜止坐 標系到所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣，以及瞬時有功功率和瞬時無功功率的定義，分別 得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的預測功率，包括如下步驟： 根據(jù)所述變換矩陣，得到所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的電壓和電流在所述同步旋轉(zhuǎn) 坐標系下的表達式； 分別根據(jù)所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的電壓和電流在所述同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的表 達式，以及所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率的定義，計算得到所述負載單元和所述 電網(wǎng)單元的所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率； 根據(jù)所述負載單元和所述電網(wǎng)單元的所述瞬時有功功率和所述瞬時無功功率，以及所 述能量平衡關系，分別得到所述負載單元、所述電網(wǎng)單元及所述光伏單元的預測功率。
8. 根據(jù)權利要求7所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述步長選 擇值，對所述光伏單元的輸出功率進行動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制，實現(xiàn)所述光伏 單元的最大功率點輸出，包括如下步驟： 根據(jù)所述光伏單元的輸出電壓和輸出電流，判斷所述光伏單元的輸出電導的變化量和 所述光伏單元的輸出電導的負值的關系； 根據(jù)所述輸出電導的變化量與所述輸出電導的負值的關系，控制所述光伏單元的輸出 電壓指令值，進而控制所述光伏單元的輸出功率。
9. 根據(jù)權利要求8所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述輸出電 導的變化量與所述輸出電導的負值的關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值，進而控 制所述光伏單元的輸出功率，包括如下步驟： 判斷所述輸出電導的變化量是否等于所述輸出電導的負值； 當所述輸出電導的變化量等于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單元的輸出電壓 指令值保持當前輸出電壓不變，從而控制所述光伏單元的輸出功率； 當所述輸出電導的變化量不等于所述輸出電導的負值時，根據(jù)所述輸出電導的變化量 與所述輸出電導的負值的大小關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值以所述步長選擇 值為間隔增大或減小。
10. 根據(jù)權利要求9所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述當所述輸出電導 的變化量不等于所述輸出電導的負值時，包括如下步驟： 判斷所述輸出電導的變化量是否大于所述輸出電導的負值； 當所述輸出電導的變化量大于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單元的輸出電壓 指令值為：所述當前輸出電壓+所述步長選擇值，并進行差值判斷計算后，控制所述光伏單 兀的輸出功率； 當所述輸出電導的變化量小于所述輸出電導的負值時，控制所述光伏單元的輸出電壓 指令值為：所述當前輸出電壓一所述步長選擇值，并進行所述差值判斷計算后，控制所述光 伏單元的輸出功率。
11. 根據(jù)權利要求9所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述光伏單 元的輸出電壓和輸出電流，判斷所述光伏單元的輸出電導的變化量和所述光伏單元的輸出 電導的負值的關系，包括如下步驟： 分別對所述光伏單元的輸出電壓和輸出電流進行采樣； 判斷當前時刻采集的輸出電壓與上一時刻采集的輸出電壓的電壓差值； 當所述電壓差值不為零時，判斷所述光伏單元的輸出電導的變化量和所述光伏單元的 輸出電導的負值的關系。
12. 根據(jù)權利要求11所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述判斷當前時刻 采集的輸出電壓與上一時刻采集的輸出電壓的電壓差值，還包括如下步驟： 當所述電壓差值為零時，判斷當前時刻采集到的輸出電流與上一時刻采集到的輸出電 流的電流差值； 當所述電流差值為零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值保持所述當前輸出電壓 不變，進而控制所述光伏單元的輸出功率； 當所述電流差值不為零時，根據(jù)所述電流差值與零的關系，控制所述光伏單元的輸出 電壓指令值以所述步長選擇值為間隔增大或減小。
13. 根據(jù)權利要求12所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述當所述電流差 值不為零時，根據(jù)所述電流差值與零的關系，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值以所述 步長選擇值為間隔增大或減小，包括如下步驟： 判斷所述電流差值是否大于零； 當所述電流差值大于零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值為：所述當前輸出電 壓+所述步長選擇值后，進行所述差值判斷計算，控制所述光伏單元的輸出功率； 當所述電流差值小于零時，控制所述光伏單元的輸出電壓指令值為：所述當前輸出電 壓一所述步長選擇值后，進行所述差值判斷計算，控制所述光伏單元的輸出功率。
14. 一種光伏直驅(qū)系統(tǒng)，其特征在于，包括光伏單元、負載單元和電網(wǎng)單元和控制器； 所述光伏單元的輸出端分別與所述負載單元的負載側(cè)換流器的輸入端和所述電網(wǎng)單 元的網(wǎng)側(cè)換流器的輸入端電連接； 所述負載側(cè)換流器的輸入端與所述網(wǎng)側(cè)換流器的輸入端電連接； 所述控制器分別與所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元連接，包括第一控制 模塊、第二控制模塊和第三控制模塊； 所述第一控制模塊，用于根據(jù)所述光伏單元、所述負載單元和所述電網(wǎng)單元之間的能 量平衡關系，采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制方法，控制所述電網(wǎng)單元的所述網(wǎng)側(cè)換流器； 所述第二控制模塊，用于根據(jù)所述負載單元中的負載在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模 型，采用模型參考自適應控制方法，控制所述負載運行； 所述第三控制模塊，用于根據(jù)動態(tài)負載跟蹤MPPT自適應步長控制法，控制所述光伏單 J Li 〇
15. 根據(jù)權利要求14所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏直驅(qū)系統(tǒng)為光伏直 驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)，所述光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)包括機載換流器，所述機載換流器包括所述負載側(cè)換 流器和所述網(wǎng)側(cè)換流器。
16. 根據(jù)權利要求15所述的光伏直驅(qū)系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)為光 伏直驅(qū)變頻離心機系統(tǒng)。
【文檔編號】H02J3/38GK104113078SQ201410318297
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權日:2014年7月3日
【發(fā)明者】趙志剛, 張雪芬, 蔣世用, 劉克勤, 馮重陽 申請人:珠海格力電器股份有限公司