[發明專利]一種抑制光伏并網發電系統輸入電流脈動的裝置及方法

在審

• 申請號: 201410167105.6
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN105024395A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 呂建國;胡文斌;陸曉玉;吳馥云;劉兆清;戴雙飛;姚凱;文晞暢
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J1/02;H02M1/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及電能變換裝置中的控制技術領域，特別是一種抑制光伏并網發電系統輸入電流脈動的裝置及方法。

背景技術

光伏電池組件通過光伏并網發電系統將直流電轉變成交流電，并最終實現并網運行。光伏并網發電系統有兩個基本功能：一是將光伏電池組件的輸出轉換為交流電連接到電網，二是實現光伏電池組件的最大功率點跟蹤(Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT)。光伏并網發電系統直接影響到整個太陽能光伏發電系統的發電量及運行穩定性、高效性、安全性，是整個系統的關鍵設備。在中低功率場合，一般采用兩級式單相光伏并網發電系統，其輸入功率相對平直，而輸出功率是脈動的，該功率脈動頻率較低，是輸出電壓頻率的兩倍，需要母線電容來平衡瞬時輸入功率和輸出功率，母線電容電壓即直流母線電壓以兩倍工頻頻率脈動，而兩級式單相光伏并網發電系統中，其前級升壓(Boost)變換器的MPPT控制和后級DC/AC變換器的控制(包含直流母線電壓平均值控制和并網電流控制)是獨立的，因此Boost變換器的輸入電流即光伏電池組件的輸出電流也以兩倍工頻頻率脈動，該脈動不僅降低了MPPT跟蹤精度，也會惡化電磁干擾(Electro?Magnetic?Interference，EMI)和光伏電池的發熱，進而影響電池的壽命。現有的技術依賴主功率電路參數和主電路的功率等級，或者通過增加格外的儲能變換器來實現輸入電流脈動抑制，方法比較復雜，且可靠性比較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于直流母線電壓反饋的抑制光伏并網發電系統輸入電流脈動的裝置及方法，能夠減小輸入側的電流低頻脈動，提高MPPT跟蹤的精度，提高EMI性能，從而減少光伏電池組件的發熱并延長其壽命。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種抑制光伏并網發電系統輸入電流脈動的裝置，該裝置基于直流母線電壓反饋實現輸入電流脈動抑制，具體包括Boost變換器和DC/AC變換器組成的兩級式主功率電路、AD采樣電路、數字處理控制模塊、帶通濾波器、驅動電路、輔助供電電路、顯示單元，其中數字處理控制模塊包括MPPT計算單元、加法器、補償單元和逆變控制單元；

所述光伏并網發電系統的主功率電路包括順次并聯的光伏電池組件、Boost變換器、母線電容C_d、DC/AC變換器和電網源v_o；其中主功率電路中光伏電池組件的輸出電壓和電流、直流母線電壓、DC/AC變換器的輸出電壓和電流均接入AD采樣電路，AD采樣電路的輸出端分別接入MPPT計算單元、帶通濾波器和逆變器控制單元；帶通濾波器的輸出端接入補償單元；MPPT計算單元、補償單元的輸出端分別接入加法器的兩個輸入端，加法器的輸出端通過驅動單元接入Boost變換器；逆變器控制單元的控制輸出端通過驅動單元接入DC/AC變換器；所述輔助供電電路的輸出端分別接入驅動單元、AD采樣電路、數字處理控制模塊、顯示單元的電源輸入端；所述顯示單元與數字處理控制模塊的通信端相連接。

一種抑制光伏并網發電系統輸入電流脈動的方法，該方法基于直流母線電壓反饋實現輸入電流脈動抑制，包括以下步驟：

步驟1，在數字處理控制模塊中創建MPPT計算單元、補償單元、加法器和逆變器控制單元；

步驟2，AD采樣電路采集主功率電路中光伏電池組件的輸出電壓和電流輸入到MPPT計算單元，采集主功率電路中光伏電池組件的輸出電壓和直流母線電壓輸入到補償單元，采集直流母線電壓輸出量經過帶通濾波器后輸入到補償單元，采集直流母線電壓、DC/AC變換器的輸出電壓和電流輸入到逆變器控制單元；

步驟3，數字處理控制模塊的MPPT計算單元根據AD采樣電路的光伏電池組件輸出電壓電流反饋信號進行最大功率跟蹤運算，輸出前級Boost變換器的最大功率占空比D_MPPT；

步驟4，數字處理控制模塊的逆變器控制單元根據AD采樣電路的反饋信號進行比較運算，處理得出光伏并網發電系統后級DC/AC電路當前的占空比D，實現后級的閉環控制；

步驟5，補償控制單元將采集到的光伏電池組件的輸出電壓、直流母線電壓以及直流母線電壓經帶通濾波器后的兩倍工頻電壓分量進行運算，得到前級Boost變換器最大功率占空比D_MPPT的補償占空比D_ripple，經加法器對步驟3中輸出的前級Boost變換器最大功率占空比D_MPPT進行調整，得到前級Boost變換器的當前占空比d實現前級的MPPT閉環控制，公式如下：