一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)及其非線性電流控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)及其非 線性電流控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 因光照的間歇性和電能變換裝置的非線性函數(shù)關(guān)系，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)體現(xiàn)出很強(qiáng)的 非線性特征，光伏并網(wǎng)逆變器作為連接光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的接口單元，被廣泛地應(yīng) 用在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，研發(fā)與并網(wǎng)逆變器硬件設(shè)備相適應(yīng)的高性能電流控制方法具有 很強(qiáng)的研宄與應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前改善逆變器靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的主要控制方法包括多種PI控制、無(wú)差拍控制、 滑?？刂坪投喾N智能控制方法等；但在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，面臨著光伏電源 的輸出特性時(shí)刻變化、負(fù)荷變化、突發(fā)故障等多種問題，上述控制方法都體現(xiàn)出一定局限 性：PI控制在快速變化的光輻照度、環(huán)境溫度下動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快速、運(yùn)算量和復(fù)雜程度難 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化；無(wú)差拍控制響應(yīng)快，但要求精確的系統(tǒng)模型，難以克服外部環(huán)境變化時(shí)帶來(lái)的 失配、失穩(wěn)問題；滑?？刂茖?duì)開關(guān)頻率的控制要求較高，且實(shí)用中難以確定理想的滑模面； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能控制方法實(shí)用時(shí)較難滿足對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的精確捕捉和精細(xì)調(diào) 節(jié)，由以上分析可以看出，要充分提高逆變器的輸出電能質(zhì)量、優(yōu)化控制過程，需進(jìn)一步研 宄和設(shè)計(jì)新的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供了一種具有更好內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)及控制方法，且在部分線性化過程中，非線性項(xiàng)的部分 消除獲得獨(dú)立的工作點(diǎn)，通過對(duì)非線性電流的部分反饋線性化控制，使得系統(tǒng)具有更快的 響應(yīng)速度，跟蹤光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT)得到的參考電流，控制光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 輸入電網(wǎng)側(cè)的電流，實(shí)現(xiàn)通過光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā) 明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)，至少包含光伏陣列、濾波電容、并網(wǎng)逆變器和交 流配電網(wǎng)，其特征在于，所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括并網(wǎng)線路：所述并網(wǎng)線路包括最大功率點(diǎn)跟蹤 模塊、鎖相環(huán)模塊、脈沖調(diào)制模塊、線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊，所述并網(wǎng)線 路并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏陣列輸出的電壓、電流信號(hào)，通過最大功率點(diǎn)跟蹤模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入 線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行控制，同時(shí)交流配電網(wǎng)側(cè)輸出的電壓、電流， 依次通過鎖相環(huán)模塊、線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行控制，所述最大功率 點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)模塊輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)整處理后，依次通過線性控制模塊和部分反饋 線性化控制模塊調(diào)節(jié)并接入線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊與并網(wǎng)逆變器開關(guān) 之間的脈沖調(diào)制模塊，通過控制并網(wǎng)逆變器最終實(shí)現(xiàn)光伏陣列這一直流電源并入交流電網(wǎng) 的并網(wǎng)控制。
[0006] -種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方法，其特征在于：利用所述 的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行線性化控制，并 將其轉(zhuǎn)化為一種降階線性系統(tǒng)，部分消除了可能出現(xiàn)的非線性特征，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性， 具體包括如下步驟：
[0007] (1)對(duì)單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建模，將單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性過程用狀 態(tài)空間表達(dá)式來(lái)表示，建立非線性坐標(biāo)方程；
[0008] (2)在選定合適的非線性狀態(tài)反饋量后，通過非線性坐標(biāo)變換方程和李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算， 通過狀態(tài)反饋構(gòu)成閉環(huán)，以使非線性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線性化對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行全部或部分反饋線 性化；
[0009] (3)將部分線性化應(yīng)用到輸出方程中，推導(dǎo)部分反饋線性化的控制方程，符合李雅 普諾夫穩(wěn)定性，判定該降階線性系統(tǒng)具有內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特征；
[0010] (4)設(shè)置步驟（3)的控制方程的線性控制輸入?yún)?shù)，完成閉環(huán)控制過程。
[0011] 優(yōu)選地，所述單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性過程用狀態(tài)空間的表達(dá)式為： + ，y = h(x) = i，其中:x，u，y分別表示狀態(tài)方程的狀態(tài)變量、控制變量 輸出變量；
[0012] 式中：x = [V i]T，f(x) = [ipv/C (_Ri_e)/L]T，g(x) = [_iC vL]T，其中，R 是單相 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的參數(shù)線路阻抗，L是濾波器線路的電感，i是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電 網(wǎng)側(cè)輸入電流，V是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)輸入電壓。
[0013] 優(yōu)選地，所述非線性系統(tǒng)進(jìn)行全部或部分反饋線性化化過程通過非線性坐標(biāo)變換 方程z = φ (x)和李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算= 對(duì)n階線性系統(tǒng)最多進(jìn)行n次微分獲 得輸入，則狀態(tài)輸出方程h (X)為狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)全局的精確線性化，對(duì)單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的 輸出變量運(yùn)用部分反饋線線性化，得到李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算結(jié)果，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)，至少包含光伏陣列、濾波電容、并網(wǎng)逆變器和交流 配電網(wǎng)，其特征在于：所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括并網(wǎng)線路；所述并網(wǎng)線路包括最大功率點(diǎn)跟蹤 模塊、鎖相環(huán)模塊、脈沖調(diào)制模塊、線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊，所述并網(wǎng)線 路并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏陣列輸出的電壓、電流信號(hào)，通過最大功率點(diǎn)跟蹤模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入 線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行控制，同時(shí)交流配電網(wǎng)側(cè)輸出的電壓、電流， 依次通過鎖相環(huán)模塊、線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行控制，所述最大功率 點(diǎn)跟蹤模塊和鎖相環(huán)模塊輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)整處理后，依次通過線性控制模塊和部分反饋 線性化控制模塊調(diào)節(jié)并接入線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊與并網(wǎng)逆變器開關(guān) 之間的脈沖調(diào)制模塊，通過控制并網(wǎng)逆變器最終實(shí)現(xiàn)光伏陣列該一直流電源并入交流電網(wǎng) 的并網(wǎng)控制。
2. -種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方法，其特征在于：利用權(quán)利要 求1所述的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊進(jìn)行線性 化控制，并將其轉(zhuǎn)化為一種降階線性系統(tǒng)，部分消除了可能出現(xiàn)的非線性特征，改善系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)特性，具體包括如下步驟： (1) 對(duì)單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建模，將單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性過程用狀態(tài)空 間表達(dá)式來(lái)表不，建立非線性坐標(biāo)方程； (2) 在選定合適的非線性狀態(tài)反饋量后，通過非線性坐標(biāo)變換方程和李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算，通 過狀態(tài)反饋構(gòu)成閉環(huán)，W使非線性系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線性化對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行全部或部分反饋線性 化； (3) 將部分線性化應(yīng)用到輸出方程中，推導(dǎo)部分反饋線性化的控制方程，符合李雅普諾 夫穩(wěn)定性，判定該降階線性系統(tǒng)具有內(nèi)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特征； (4) 設(shè)置步驟（3)的控制方程的線性控制輸入?yún)?shù)，完成閉環(huán)控制過程。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方 法，其特征在于：所述單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的非線性過程用狀態(tài)空間的表達(dá)式為： 乂二'/'('、-) +《(乂)"，y=h(x) =i，其中：x，u，y分別表示狀態(tài)方程的狀態(tài)變量、控制變量和 輸出變量； 式中；x=[V;i]T，f(x) = [ipv/c(-Ri-e)/L]T，g(x) = [-i/Cv/L]t，其中，R是單相光 伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的參數(shù)線路阻抗，L是濾波器線路的電感，i是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng) 側(cè)輸入電流，V是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)輸入電壓。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方法，其特 征在于；所述非線性系統(tǒng)進(jìn)行全部或部分反饋線性化化過程通過非線性坐標(biāo)變換方程Z= Mx)和李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算L,A(-r)=(効/故)./'(-、')對(duì)n階線性系統(tǒng)最多進(jìn)行n次微分獲得輸入，則 狀態(tài)輸出方程h(x)為狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)全局的精確線性化，對(duì)單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出變量 運(yùn)用部分反饋線線性化，得到李導(dǎo)數(shù)運(yùn)算結(jié)果，即^馬-'々(.K) = ^。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方法，其特 征在于；將部分線性化應(yīng)用到狀態(tài)輸出方程h(X)中，則Z=I,,/?(句+ ，對(duì)單相光伏 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言，2=^^+^?，用盡:來(lái)表示線性控制輸入?yún)?shù)取代么，表達(dá)式改寫 作《 = 1(心；)+化+ 0〇，即為部分反饋線性化后的控制方程表達(dá)式。 V
【專利摘要】本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)及其非線性電流控制方法，所述系統(tǒng)至少包含光伏陣列、濾波電容、并網(wǎng)逆變器、交流配電網(wǎng)和并網(wǎng)線路，所述并網(wǎng)線路包括最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、鎖相環(huán)模塊、脈沖調(diào)制模塊、線性控制模塊和部分反饋線性化控制模塊，所述單相光伏并網(wǎng)發(fā)電檢測(cè)系統(tǒng)的非線性電流控制方法，通過線性和部分反饋線性化控制，對(duì)系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行變換，使系統(tǒng)對(duì)外部環(huán)境變化具有更快的響應(yīng)速度，通過采集光伏陣列輸出和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸入電網(wǎng)側(cè)的電壓和電流信號(hào)，經(jīng)過非線性電流控制環(huán)節(jié)，與最大功率點(diǎn)跟蹤和鎖相環(huán)等功能配合，調(diào)節(jié)逆變器以實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。
【IPC分類】H02J3-38
【公開號(hào)】CN104795836
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510195294
【發(fā)明人】肖園園, 肖靜, 張閣, 高立克, 楊藝云, 黎玉庭, 金慶忍, 楚紅波, 司傳濤, 郭敏
【申請(qǐng)人】廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日