一種光伏并網(wǎng)逆變裝置制造方法
【專利摘要】一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，它包括與光伏電站的各個(gè)光伏電池板一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)微型逆變器，每個(gè)微型逆變器包括MPU控制器以及依次連接于光伏電池板與電網(wǎng)之間的儲(chǔ)能電容、反激變換器、工頻逆變橋和EMI濾波器，所述MPU控制器通過(guò)第一電壓傳感器和第二電壓傳感器分別采集光伏電池板電壓和電網(wǎng)電壓，通過(guò)電流傳感器采集EMI濾波器輸出的并網(wǎng)電流，并通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊分別控制反激變換器和工頻逆變橋。本發(fā)明在提高發(fā)電效率的同時(shí)，還解決了集中式逆變器可靠性差的問(wèn)題。本裝置將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型與PI控制器結(jié)合在一起，既可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的線性化，又可以發(fā)揮PI控制器的魯棒性，從而有效提高了電能質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】-種光伏并網(wǎng)逆變裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型控制的光伏并網(wǎng)微型逆變器系統(tǒng)，屬于發(fā)電

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為清潔的綠色能源， 其并網(wǎng)控制技術(shù)成為世界各國(guó)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源的利用效率和電能質(zhì)量提出的要求越來(lái)越高?，F(xiàn)有的并網(wǎng)光伏 逆變器多為集中式逆變器，即將大量光伏電池串并聯(lián)后通過(guò)一個(gè)大功率逆變器進(jìn)行電能輸 出。由于不能保證每個(gè)光伏電池都工作于最大功率點(diǎn)，這種方式存在效率低的缺點(diǎn)。更為 嚴(yán)重的是，這種方式的可靠性較差，若集中式逆變器發(fā)生故障，將導(dǎo)致與其連接的所有光伏 電池終止電能輸出。因此，光伏逆變器的微型化將成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。另外，現(xiàn)有的并網(wǎng) 光伏逆變器多采用簡(jiǎn)單的PI控制器，存在并網(wǎng)電流諧波含量較高的缺點(diǎn)。通過(guò)增加輸出濾 波單元可以在一定程度上抑制諧波，但是卻使得系統(tǒng)的輸出阻抗呈現(xiàn)二階甚至高階感容特 性，容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。可見(jiàn)，為了提高電能質(zhì)量，必須尋求更好的控制方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，以有效提 高光伏發(fā)電的可靠性和電能質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，構(gòu)成中包括與光伏電站的各個(gè)光伏電池板一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)微 型逆變器，每個(gè)微型逆變器包括MPU控制器以及依次連接于光伏電池板與電網(wǎng)之間的儲(chǔ)能 電容、反激變換器、工頻逆變橋和EMI濾波器，所述MPU控制器通過(guò)第一電壓傳感器和第二 電壓傳感器分別采集光伏電池板電壓和電網(wǎng)電壓，通過(guò)電流傳感器采集EMI濾波器輸出的 并網(wǎng)電流，并通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊分別控制反激變換器和工頻逆變橋，所述MPU控制器按以 下方式運(yùn)作： ①通過(guò)第一電壓傳感器采集光伏電池板電壓&，通過(guò)第二電壓傳感器采集電網(wǎng)電壓 通過(guò)電流傳感器采集并網(wǎng)電流;以微型逆變器作為對(duì)象，建立并訓(xùn)練相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)逆模型，具體如下： a. 選取三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立系統(tǒng)的逆模型，其中，輸入層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，隱含 層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，輸出層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用雙曲正 切函數(shù)，輸出層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用S型函數(shù)； b. 在光伏微型逆變器上采集運(yùn)行數(shù)據(jù)； 利用單回路PI控制器進(jìn)行并網(wǎng)電流控制，令光伏微型逆變器分別處于額定功率、80% 額定功率、60%額定功率、40%額定功率、20%額定功率的工況下，每種工況下連續(xù)采集#組并 網(wǎng)電流4、電網(wǎng)電壓反激變換器PWM信號(hào)占空比認(rèn)光伏電池板電壓&，共構(gòu)成5#組 運(yùn)行數(shù)據(jù)； C.利用采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)造樣本； 對(duì)于k時(shí)刻，所構(gòu)造的樣本為

【權(quán)利要求】
1. 一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，其特征是，它包括與光伏電站的各個(gè)光伏電池板一一對(duì)應(yīng) 的多個(gè)微型逆變器，每個(gè)微型逆變器包括MPU控制器以及依次連接于光伏電池板與電網(wǎng)之 間的儲(chǔ)能電容、反激變換器、工頻逆變橋和EMI濾波器，所述MPU控制器通過(guò)第一電壓傳感 器（UT1)和第二電壓傳感器（UT2)分別采集光伏電池板電壓和電網(wǎng)電壓，通過(guò)電流傳感器 (CT)采集EMI濾波器輸出的并網(wǎng)電流，并通過(guò)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊分別控制反激變換器和工頻逆 變橋，所述MPU控制器按以下方式運(yùn)作： ① 通過(guò)第一電壓傳感器（UT1)采集光伏電池板電壓
通過(guò)第二電壓傳感器（UT2)采 集電網(wǎng)電壓
通過(guò)電流傳感器（CT)采集并網(wǎng)電流
；以微型逆變器作為對(duì)象，建立并 訓(xùn)練相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型，具體如下： a. 選取三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立系統(tǒng)的逆模型，其中，輸入層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，隱含 層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，輸出層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù)為1個(gè)，隱含層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用雙曲正 切函數(shù)，輸出層神經(jīng)元轉(zhuǎn)移函數(shù)使用S型函數(shù)； b. 在光伏微型逆變器上采集運(yùn)行數(shù)據(jù)； 利用單回路PI控制器進(jìn)行并網(wǎng)電流控制，令光伏微型逆變器分別處于額定功率、80% 額定功率、60%額定功率、40%額定功率、20%額定功率的工況下，每種工況下連續(xù)采集#組并 網(wǎng)電流
電網(wǎng)電壓
反激變換器PWM信號(hào)占空比認(rèn)光伏電池板電壓&，共構(gòu)成5#組 運(yùn)行數(shù)據(jù)； c. 利用采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)造樣本； 對(duì)于k時(shí)刻，所構(gòu)造的樣本為

，其中，
為k時(shí)刻的電網(wǎng)電壓，
為k-Ι時(shí)刻的電網(wǎng)電壓，
為k-2時(shí)刻的電網(wǎng)電壓，
為k時(shí)刻的 并網(wǎng)電流，
為k-Ι時(shí)刻的并網(wǎng)電流，
為k+Ι時(shí)刻的并網(wǎng)電流，j(k-l)為 k-Ι時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比A (k-2)為k-2時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比， 0(k-3)為k-3時(shí)亥lj的反激變換器PWM信號(hào)占空比，
為k時(shí)刻的光伏電池板的電壓， 汐(k)為k時(shí)亥IJ的反激變換器PWM信號(hào)占空比，5#組運(yùn)行數(shù)據(jù)共構(gòu)成5#個(gè)樣本； d. 隨機(jī)抽取5#個(gè)樣本數(shù)據(jù)中的4/V個(gè)作為訓(xùn)練樣本，其余#個(gè)作為檢驗(yàn)樣本，訓(xùn)練建 立的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；訓(xùn)練過(guò)程中，對(duì)于k時(shí)刻的樣本，取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)輸入端為k 時(shí)刻的電網(wǎng)電壓
，第二個(gè)輸入端為k-Ι時(shí)刻的電網(wǎng)電壓
，第三個(gè)輸入端為
k_2時(shí)刻的電網(wǎng)電壓 ，第四個(gè)輸入端為k時(shí)刻的并網(wǎng)電流
，第五個(gè)輸入端為 k-Ι時(shí)刻的并網(wǎng)電流 第六個(gè)輸入端為k+Ι時(shí)刻的并網(wǎng)電流
，第七個(gè)輸入 端為k-Ι時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比j(k-l)，第八個(gè)輸入端為k-2時(shí)刻的反激變換 器PWM信號(hào)占空比扒k-2)，第九個(gè)輸入端為k-3時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比扒k-3)， 第十個(gè)輸入端為k時(shí)刻的光伏電池板的電壓
，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為k時(shí)刻的反激變 換器PWM信號(hào)占空比扒k); ② 利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型對(duì)微型逆變器進(jìn)行控制，具體步驟為： a.利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型進(jìn)行反激變換器PWM信號(hào)占空比的計(jì)算，對(duì)于當(dāng) 前k時(shí)刻，取第一個(gè)輸入端為k時(shí)刻的電網(wǎng)電壓
，第二個(gè)輸入端為k-Ι時(shí)刻的電網(wǎng) 電壓
，第三個(gè)輸入端為k-2時(shí)刻的電網(wǎng)電壓
，第四個(gè)輸入端為k時(shí)刻 的并網(wǎng)電流
，第五個(gè)輸入端為k-Ι時(shí)刻的并網(wǎng)電流
，第六個(gè)輸入端為k+Ι時(shí) 刻的并網(wǎng)電流設(shè)定值
，第七個(gè)輸入端為k-Ι時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比 0 (k-Ι)，第八個(gè)輸入端為k-2時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比0 (k-2)，第九個(gè)輸入端為 k_3時(shí)刻的反激變換器PWM信號(hào)占空比0(k-3)，第十個(gè)輸入端為k時(shí)刻的光伏電池板的電 壓
，得出BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為i/(k); b. 將下一時(shí)刻并網(wǎng)電流設(shè)定值
與當(dāng)前k時(shí)刻并網(wǎng)電流4 (k)的偏差送入 PI控制器，得到閉環(huán)控制量4 (k)，即
其中：
表示比例系數(shù)，尤表示積分系數(shù)； c. 將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的輸出i/(k)和PI控制器的輸出<(k)疊加后作為最終的反激 變換器PWM信號(hào)占空比扒k)，即：
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，其特征是，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練 采用變學(xué)習(xí)速率的誤差反傳算法，具體為：首先將各層神經(jīng)元中的權(quán)系數(shù)和閾值初始化為 (-1，+1)之間的隨機(jī)量，再將輸入層10個(gè)神經(jīng)元輸出值作為隱含層每個(gè)神經(jīng)元的輸入，隱 含層的18個(gè)神經(jīng)元輸出值作為輸出層單個(gè)神經(jīng)元的輸入，輸出層單個(gè)神經(jīng)元的輸出值即 為網(wǎng)絡(luò)最終輸出，對(duì)于第A個(gè)訓(xùn)練樣本，計(jì)算第?次訓(xùn)練后網(wǎng)絡(luò)實(shí)際輸出！與期望輸出（ 的誤差：

及4#個(gè)訓(xùn)練樣本的平方和誤差為：
每計(jì)算完一遍，比較盡與期望誤差反，若盡％，則訓(xùn)練終止條件滿足，訓(xùn)練結(jié)束；否則， 將盡沿連接路徑進(jìn)行反向傳播，并逐一調(diào)整各層的權(quán)系數(shù)和閾值，直到盡〈反為止；然后，利 用#個(gè)檢驗(yàn)樣本對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算樣本均方誤差
為某一固 定閾值)，則認(rèn)為所訓(xùn)練的ΒΡ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型滿足精度要求，此時(shí)記錄各個(gè)神經(jīng)元的權(quán)系數(shù)和 閾值；否則，重新對(duì)ΒΡ神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至其滿足精度要求為止。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，其特征是，所述反激變換器包括 變壓器（ΤΧ1)、第一功率管（Q1)、二極管（D1)和第二電容（C2)，所述變壓器（ΤΧ1)的原邊線 圈經(jīng)第一功率管（Q1)接光伏電池板電壓，其副邊線圈經(jīng)二極管（D1)給工頻逆變橋供電，第 二電容（C2)并接于工頻逆變橋的直流輸入端，第一功率管（Q1)的柵極接第一驅(qū)動(dòng)模塊的 輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，其特征是，所述ΕΜΙ濾波器包括三個(gè) 電感和六個(gè)電容，第一電感（L1)的兩個(gè)線圈的首端分別接工頻逆變橋的兩個(gè)交流輸出端， 它們的尾端分別經(jīng)第二電感（L2)和第三電感（L3)接電網(wǎng)的兩端，第三電容（C3)并接在工 頻逆變橋的交流輸出端，第四電容（C4)和第五電容（C5)的一端接地，另一端分別接工頻逆 變橋的兩個(gè)交流輸出端，第六電容（C6)的兩端分別接第一電感（L1)的兩個(gè)線圈的尾端，第 七電容（C7)和第八電容（C8)的一端接地，另一端分別接電網(wǎng)的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏并網(wǎng)逆變裝置，其特征是，所述工頻逆變橋是由四 個(gè)功率管接成的全控橋，四個(gè)功率管的柵極接第二驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端。
【文檔編號(hào)】H02S40/32GK104158418SQ201410408718
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】劉衛(wèi)亮, 劉長(zhǎng)良, 張會(huì)超, 馬良玉, 林永君, 陳文穎 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）