光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步方法與裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 相對(duì)于其他類型的發(fā)電系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是低頻的、強(qiáng)的非線性系統(tǒng)。眾所 周知，我們?nèi)粘Ｋ褂玫碾娋W(wǎng)市電并不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，其中夾雜著各種噪聲，且逆變器的 輸出電流中除了噪聲還有各種諧波的存在，而這些都影響和制約著光伏并網(wǎng)的同步效果。
[0003] 目前出現(xiàn)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器與電網(wǎng)的同步方法是通過PID閉環(huán)控制來 實(shí)現(xiàn)的，即將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出電流或電壓送入PID中進(jìn)行差值運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果送 入到PffM發(fā)生器中，通過PWM發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制逆變橋電路。在同步速度，魯 棒性和抗干擾性等方面性能還存在一些不足，從而影響了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步性能。 因此，如何減少同步時(shí)間，提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注和 研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的是提供一種基于LMS(Least Mean Square，最小均方）自適應(yīng)濾 波和PID控制相結(jié)合的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步方法與裝置，該方法不僅能夠提高光伏并 網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步性能，而且能降低總諧波失真，使其更具有實(shí)用性。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步方法，對(duì)采樣的電壓信號(hào)和采樣的電流信號(hào)同時(shí)進(jìn) 行自適應(yīng)LMS濾波，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、分壓電路對(duì)電網(wǎng)輸出電壓進(jìn)行降壓；
[0008] 步驟2、電壓采樣電路對(duì)降壓后的電壓信號(hào)進(jìn)行電壓離散采樣；同時(shí)，電流傳感器 電路對(duì)逆變器產(chǎn)生的電流進(jìn)行電流離散采樣；
[0009] 步驟3、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬化的電壓離散采樣序列轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的電壓離 散采樣序列信號(hào)；同時(shí)，電流模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬化的電流離散采樣序列轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的 電流離散采樣序列信號(hào)；
[0010] 步驟4、對(duì)數(shù)字化的電壓離散采樣序列進(jìn)行電壓自適應(yīng)LMS濾波，濾除電壓信號(hào)中 的各種諧波；同時(shí)，對(duì)數(shù)字化的電流離散采樣序列進(jìn)行電流自適應(yīng)LMS濾波，濾除電流信號(hào) 中的各種諧波；
[0011] 步驟4.1、設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參考電壓d(n)和電壓加權(quán)系數(shù)w(0);
[0012] 步驟4.2、利用下述迭代公式不斷求出每次采樣所對(duì)應(yīng)的電壓加權(quán)系數(shù)，即
[0014]式中，w(n+l)為第n+1次采樣所對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)LMS濾波的加權(quán)系數(shù)，w(n)為第η次采 樣所對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)LMS濾波的加權(quán)系數(shù)，μ為學(xué)習(xí)速率，
為標(biāo)準(zhǔn)參考 電壓，〇(?)為第η次采樣所對(duì)應(yīng)的采樣電壓值；
[0015]步驟4.3、對(duì)新的一次電壓采樣電壓值進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，并對(duì)所有的加權(quán)后的采樣電 壓值進(jìn)行相加運(yùn)算，如此往復(fù)，得到濾波后的電壓信號(hào)y(n)并輸出，即
[0017]式中，Wk(n)為第k個(gè)權(quán)系數(shù)第η次采樣所對(duì)應(yīng)的電壓加權(quán)系數(shù)，-fc)第n-k次采 樣所對(duì)應(yīng)的采樣電壓值，k = 0，1，2，…，L-I，L為權(quán)系數(shù)個(gè)數(shù)；
[0018] 步驟4.4、設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參考電流b(n)及初始電流加權(quán)系數(shù)v(0);
[0019] 步驟4.5、利用下述迭代公式不斷求出每次采樣所對(duì)應(yīng)的電流加權(quán)系數(shù)，即
[0021] 式中，v(n+l)為第n+1次采樣所對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)LMS濾波的加權(quán)系數(shù)，v(n)為第η次采 樣所對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)LMS濾波的加權(quán)系數(shù)，μ為學(xué)習(xí)速率，
b(η)為標(biāo)準(zhǔn)參考 電流，/(?) %第η次米樣所對(duì)應(yīng)的米樣電流值；
[0022] 步驟4.6、對(duì)新的一次電流采樣電壓值進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，并對(duì)所有的加權(quán)后的采樣電 流值進(jìn)行相加運(yùn)算，如此往復(fù)，得到濾波后的電流信號(hào)ζ(η)并輸出，即
[0024] 式中，vk(n)為第k個(gè)權(quán)系數(shù)第η次采樣所對(duì)應(yīng)的電流加權(quán)系數(shù)，幻第n-k次采 樣所對(duì)應(yīng)的采樣電流值，k = 0，1，2，…，L-I，L為權(quán)系數(shù)個(gè)數(shù)；
[0025] 步驟5、將電流自適應(yīng)LMS濾波器輸出的濾除各種諧波及噪聲后的電流信號(hào)z(n)乘 以單位電阻R3得到的信號(hào)與電壓自適應(yīng)LMS濾波輸出的濾除各種諧波及噪聲后的電壓信號(hào) y (η)同時(shí)送入減法器中進(jìn)行相減；
[0026] 步驟6、步驟5所得即電流信號(hào)與單位電阻相乘后與電壓信號(hào)相減后的所得的差值 信號(hào)輸入到PID控制器，由PID控制器對(duì)PWM發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖調(diào)寬控制信號(hào)來控制逆 變橋電路，使電網(wǎng)輸出電壓與逆變器產(chǎn)生電流的頻率和相位達(dá)到同步。
[0027] 實(shí)現(xiàn)上述同步方法的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步裝置，由電壓濾波單元、電流濾波 單元、減法器、PID控制器和PffM發(fā)生器組成。電壓濾波單元包括分壓電路、電壓采樣電路、電 壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和電壓自適應(yīng)LMS濾波器;分壓電路的輸入端連接在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的 電網(wǎng)的輸出端上，分壓電路的輸出端經(jīng)電壓采樣電路連接電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電 壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電壓自適應(yīng)LMS濾波器的輸入端，電壓自適應(yīng)LMS濾波器的輸 出端形成電壓濾波單元的輸出端，與減法器的一個(gè)輸入端相連。電流濾波單元包括電流傳 感器電路、電流采樣電路、電流模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和電流自適應(yīng)LMS濾波器；電流傳感器電路的 輸入端連接在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的輸出端上，電流傳感器電路的輸出端經(jīng)電流采 樣電路連接電流模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端，電流模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接電流自適應(yīng)LMS 濾波器的輸入端，電流自適應(yīng)LMS濾波器的輸出端形成電流濾波單元的輸出端，與減法器的 另一個(gè)輸入端相連。減法器的輸出端與PID控制器的輸入端相連，PID控制器的輸出端經(jīng)一 PWM發(fā)生器與逆變器的控制端相連。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在并網(wǎng)初期，引入了自適應(yīng)LMS濾波的方法，將之應(yīng)用在 光伏并網(wǎng)逆變器中，LMS濾波不僅可快速地濾掉逆變器產(chǎn)生電流中的諧波和電網(wǎng)輸出電壓 中的各種噪聲，從而使逆變器產(chǎn)生電流與電網(wǎng)輸出電壓達(dá)到更好的同步效果，而且能大大 縮短PID控制方法的同步時(shí)間，并能有效減少總諧波失真。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì) 于電網(wǎng)噪聲，外界干擾和誤差的累積等造成的同步的破壞，LMS自適應(yīng)濾波可進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào) 整，有效地降低穩(wěn)態(tài)誤差。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在未加入自適應(yīng)LMS濾波器時(shí)，輸出電流經(jīng)過 0.12s才達(dá)到同步，同步時(shí)間較長(zhǎng)，而且達(dá)到同步后的電流跟蹤并不理想，而在加入兩個(gè)自 適應(yīng)LMS濾波后0.05s就達(dá)到同步，并且同步后電流很好的對(duì)參考電流進(jìn)行跟蹤。不加自適 應(yīng)LMS濾波的普通PID方法并網(wǎng)逆變器THD，其總諧波失真為3.78%，而本發(fā)明對(duì)電網(wǎng)輸出電 壓和逆變器產(chǎn)生電流都加入自適應(yīng)LMS濾波，總諧波失真下降到了 0.63%，并且在3,5,7次 諧波處的增益明顯減小，濾除效果明顯。
【附圖說明】
[0029]圖1為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的同步裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖2為自適應(yīng)LMS濾波的原理圖。
[0031] 圖3為電網(wǎng)加入白噪聲時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出電流和參考電流的同步跟蹤圖比較圖。 (a)為未加入自適應(yīng)LMS濾波，采用PID控制時(shí)的同步電流跟蹤結(jié)果；（b)為對(duì)逆變器產(chǎn)生電 流和電網(wǎng)輸出電壓兩處同時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)LMS濾波，采用PID控制時(shí)同步電流跟蹤結(jié)果。
[0032] 圖4為電網(wǎng)加入白噪聲的穩(wěn)態(tài)誤差分析圖。（a)為未加入自適應(yīng)LMS濾波，采用PID 控制時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差；（b)為對(duì)逆變器產(chǎn)生電流和電網(wǎng)輸出電壓兩處同時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)LMS濾 波，采用PID控制時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。
[0033]圖5為電網(wǎng)加入白噪聲情況下的THD對(duì)比圖。（a)為未加入自適應(yīng)LMS濾波，采用PID 控制時(shí)逆變器輸出電流的THD;(b)為對(duì)逆變器產(chǎn)生電流和電網(wǎng)輸出電壓兩處同時(shí)進(jìn)行自適 應(yīng)LMS濾波，采用PID控制時(shí)的THD?！?br>[0034]圖6為兩處同時(shí)加入LMS濾波，采用PID控制時(shí)對(duì)電網(wǎng)中有突發(fā)脈沖噪聲時(shí)的同步 仿真圖。(a)為電網(wǎng)中有突發(fā)脈沖噪聲時(shí)，同時(shí)加入兩處自適應(yīng)LMS濾波時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出 電流與參考電流的同步跟蹤性能；（b)為電網(wǎng)中有突發(fā)脈沖噪聲時(shí)，同時(shí)加入兩處自適應(yīng) LMS濾波時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出電流與參考電流的穩(wěn)態(tài)誤差；（c)為電網(wǎng)中有突發(fā)脈沖噪聲時(shí)， 同時(shí)加入兩處自適應(yīng)LMS濾波時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出電流的THD。
[0035]圖7為同時(shí)加入兩處LMS濾波，對(duì)電網(wǎng)中有與電網(wǎng)同步和異步的周期性噪聲時(shí)，并 網(wǎng)逆變器輸出電流與參考電流同步仿真圖。（a)為電網(wǎng)中有與電網(wǎng)同步和異步的周期性噪 聲時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出電流