一種離網(wǎng)變換器直流母線及最大功率控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離網(wǎng)變換器領(lǐng)域,具體的涉及一種離網(wǎng)變換器直流母線及最大功率控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對微電網(wǎng)對新能源的要求,尤其是對光伏逆變器,需要兼顧并網(wǎng)與離網(wǎng)功能,同時(shí)在離網(wǎng)功能模式情況下,需要協(xié)調(diào)逆變器與不同解決方案情況下的相關(guān)控制策略,包括系統(tǒng)直流母線電壓穩(wěn)定控制、最大功率追蹤控制、逆變輸出電壓恒定控制、逆變器在RCD (由R、C、D為主要元件構(gòu)成的負(fù)載,屬于非線性負(fù)載)情況下系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能控制等。
[0003]對于兩級式控制系統(tǒng),前級DC-DC主要負(fù)責(zé)直流母線電壓穩(wěn)定控制以及系統(tǒng)最大功率跟蹤控制,后級DC-AC主要負(fù)責(zé)逆變輸出電壓恒定控制、逆變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及其動態(tài)控制。在DC-DC中,無論是并網(wǎng)光伏逆變器還是離網(wǎng)光伏逆變器,需要對直流母線電壓穩(wěn)定及其最大功率追蹤控制,這點(diǎn)與不間斷電源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply,UPS) 一致,然而不間斷電源中一般采用蓄電池,而蓄電池電壓或者電流與功率存在單調(diào)性,具體如附圖1,橫軸為電池容量,縱軸為電池電壓,從圖中可以看出,電池電壓與容量具有單調(diào)性,也就是說當(dāng)電壓降低,電池容量增加。因此,通過調(diào)節(jié)電壓或者電流便可以實(shí)現(xiàn)最大功率控制,對于不間斷電源中DC-DC控制框圖,具體如附圖2,采用直流母線電壓外環(huán)、電池電流內(nèi)環(huán)控制,從而實(shí)現(xiàn)母線電壓穩(wěn)定控制,其中Cv代表電壓環(huán)補(bǔ)償器,Ci代表電流環(huán)補(bǔ)償器,Kvf代表電壓采樣系數(shù),Kif代表電流采樣系數(shù)。UbusRef為bus電壓參考值,Vbus為bus電壓,Vpv為pv電壓,Z表示pv側(cè)等效阻抗,1表示pv電流信息,Uo表示bus電壓受控制變化量,L與r表示boost電路等效感抗與阻抗。電壓參考信號和電壓反饋信號求差,經(jīng)過電壓補(bǔ)償器Cv后的信號作為電流環(huán)的參考信號,該信號和pv電流反饋信號比較后經(jīng)過電流補(bǔ)償器Ci得到控制量,對逆變器進(jìn)行控制。引入pv電流內(nèi)環(huán)反饋對包含在環(huán)內(nèi)的擾動,如輸入電壓的波動、母線電壓穩(wěn)定性、電感參數(shù)波動等影響起到及時(shí)的調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)特性大大改善。另外當(dāng)輸入功率改變或者其它原因?qū)е履孀兤鱞us電壓波動使得pv電流出現(xiàn)過載,所以在控制系統(tǒng)中增加電流限幅環(huán)節(jié)可以限制pv電流大小,從而可以保護(hù)逆變器。
[0004]然而太陽能電池板是一種非線性直流電源,輸出電流在大部分的工作電壓下接近恒流源,在接近開路電壓時(shí),電流迅速下降。從圖3的特性曲線中可以看出在一定的光照和溫度下,光伏電池的輸出存在單極值點(diǎn),這個極值點(diǎn)隨光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化,光照對輸出功率的影響遠(yuǎn)大于溫度對輸出功率的影響,由于該單極致點(diǎn),導(dǎo)致電流與功率不再單調(diào)一致,若采用不間斷電源控制策略,則光伏系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性。尤其是在系統(tǒng)功率處于最大功率點(diǎn)左側(cè)情況,系統(tǒng)出現(xiàn)控制發(fā)散,具體測試波形如圖4,從圖4中可以看出,在最大功率點(diǎn)左側(cè)情況下,為維持直流母線電壓穩(wěn)定而增加系統(tǒng)電流,加劇系統(tǒng)直流母線電壓不穩(wěn)定性,直接導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)中,離網(wǎng)DC-DC變換器,非線性電流源中存在的直流母線穩(wěn)定及其最大功率控制無法兼顧的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種離網(wǎng)變換器直流母線及最大功率控制方法,包括:
[0008]基于直流母線電壓外環(huán),輸入功率內(nèi)環(huán)控制,根據(jù)DC-DC變換器輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓計(jì)算得到輸出功率控制信號;
[0009]將所述輸出功率控制信號轉(zhuǎn)換為電流控制信號或電壓控制信號;
[0010]根據(jù)所述電流控制信號或電壓控制信號的得到PffM信號對所述DC-DC變換器進(jìn)行控制。
[0011 ] 優(yōu)選的,所述控制方法還包括:
[0012]采集所述DC-DC變換器的輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓。
[0013]優(yōu)選的,所述控制方法應(yīng)用于光伏逆變器或風(fēng)電逆變器。
[0014]優(yōu)選的,所述控制方法應(yīng)用于非線性電流源中。
[0015]本發(fā)明另一方面還提供一種離網(wǎng)變換器直流母線及最大功率控制系統(tǒng),包括:
[0016]彳目號米集單兀和控制單兀;
[0017]信號采集單元,用于采集DC-DC變換器的輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓;
[0018]所述控制單元,用于基于直流母線電壓外環(huán),輸入功率內(nèi)環(huán)控制,根據(jù)所述DC-DC變換器的輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓計(jì)算得到輸出功率控制信號,將所述輸出功率控制信號轉(zhuǎn)換為電流控制信號或電壓控制信號后根據(jù)所述電流控制信號或電壓控制信號的得到PWM信號對所述離網(wǎng)變換器器進(jìn)行控制。
[0019]優(yōu)選的,所述控制系統(tǒng)還包括:
[0020]電壓轉(zhuǎn)換單元,用于將所述信號采集單元采集的電壓轉(zhuǎn)換至所述控制單元的接收范圍。
[0021]優(yōu)選的,所述控制單元為DSP控制器;所述信號采集單元為電流傳感器和電壓傳感器。
[0022]優(yōu)選的,所述離網(wǎng)變換器應(yīng)用于光伏逆變器或風(fēng)電逆變器。
[0023]優(yōu)選的,所述控制系統(tǒng)包含非線性電流源。
[0024]本發(fā)明提供的直流母線穩(wěn)定及其最大功率控制方法,通過檢測輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓,在算法中將相關(guān)量處理,從而實(shí)現(xiàn)直流母線電壓穩(wěn)定及其最大功率控制,采用當(dāng)前算法,無需新增相關(guān)硬件檢測電路,在程序中通過相應(yīng)處理機(jī)制便實(shí)現(xiàn),同時(shí)降低算法修改對系統(tǒng)可靠性影響,改善系統(tǒng)功能,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明解決了直流母線穩(wěn)定及其最大功率控制無法兼顧的難點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將實(shí)施例的所包含技術(shù)描述中需要使用的附圖做簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0026]圖1為蓄電池功率與電壓關(guān)系圖。
[0027]圖2為蓄電池的UPS系統(tǒng)DC-DC側(cè)控制原理圖。
[0028]圖3為光伏電池特性曲線。
[0029]圖4為采用UPS系統(tǒng)控制策略的光伏電池DC-DC側(cè)控制測試波形。
[0030]圖5為本發(fā)明的DC-DC側(cè)控制原理圖。
[0031]圖6為采用本發(fā)明方法的光伏電池DC-DC側(cè)控制測試波形。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清查、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]本發(fā)明旨在提出一種離網(wǎng)DC-DC變換器直流母線及其最大功率控制方法,具體為直流母線電壓外環(huán)控制,內(nèi)環(huán)采用功率環(huán)控制,從而實(shí)現(xiàn)在直流母線電壓穩(wěn)定情況下最大功率追蹤,達(dá)到功率最大輸出能力。然而,由于光伏電池板的特性,將會出現(xiàn)等功率情況下,也就是功率由于非單調(diào)性,從而控制將出現(xiàn)等功率情況下不確定行電流,使得控制無法完成準(zhǔn)確控制,因此,在本發(fā)明中,將輸出功率特性轉(zhuǎn)換為相應(yīng)具有單調(diào)性的電流/電壓信號,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)非單調(diào)性調(diào)節(jié)與單調(diào)性控制的效果。
[0034]本發(fā)明方法包括:
[0035]S11、采集DC-DC變換器的輸入電壓、輸入電流以及直流母線電壓。
[0036]S12、基于直流母線電壓外環(huán),輸入功率內(nèi)環(huán)控制,根據(jù)DC-DC變換器輸入電壓、輸入電流以及直流母