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实现并网电压跟踪及MPPT的电流跟踪控制方案

作者:时间:2013-12-13来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227588.htm

太阳能以其清洁、无污染,取之不尽、用之不竭的优点备受关注。太阳能的利用方式主要包括热利用、化学利用和光伏利用。经过近半个世纪的研究,太阳能光伏利用技术及其产业异军突起,成为能源工业中的一支后起之秀。并网逆变器作为可再生能源发电系统与电网的接入口,在并网发电中起到关键作用。因此,研究用于并网逆变器的控制方法具有重大意义和广阔前景。

这里详细分析了光伏并网逆变器的工作原理及控制原理,并在此基础上设计了一种基于ADRC的控制方案。此控制方案能有效实现并网电压跟踪及。最后在仿真基础上,进行了样机实现设计。

2 光伏并网逆变器工作原理及控制

2.1 并网逆变器工作原理

图1示出光伏并网逆变器系统组成。并网逆变器将可再生能源产生的直流电变换为正弦交流电,经过滤波后输送到电网。采用输入电压源方式为主,一般由低压直流电源经过DC/DC升压后得到高压直流电源。输出控制采用电流控制方式的全桥逆变电路。通过控制电感电流的频率和相位跟踪电网电压的频率和相位,保持正弦输出,以达到并网运行的目的。图1中,并网逆变器输出高频SVPWM电压,Rs为滤波电感和线路的等效电阻。主电路逆变桥左右桥臂分别加以相位差为180°的SVPWM脉冲,经交流侧滤波电路滤除高频信号后,向电网馈入同频同相的正弦波电流。

2.2 并网逆变器控制策略

并网逆变器的控制主要分为对输出电压、电流的控制和。现有的控制方法包括滞环控制、双环控制、空间矢量控制、无差拍控制和重复控制等。电网跟踪控制设计的最终目的就是将直流电能发送至电网,即要求输出电流与电网电压同频同相,且功率因数为1。系统采用小惯性控制方法,以固定开关频率的直接电流反馈控制进行电流内环设计。图2为所提出的控制并网控制原理框图。通过采集太阳能电池组件的电流与电压,利用控制方法可得参考电压Umax。Umax与太阳能电池组件的实际电压Ud比较后,其误差经过PI调节器得到指令电流iref,与正弦波参考相乘后得到正弦电流指令ig(ig即为ADRC所需要的参考电流),再与实际并网侧输出电流比较后,通过ADRC,利用电压前馈控制与电网电流反馈控制,使系统输出与网侧电网电压同相位的正弦电流。

3 自抗扰控制器的设计及参数整定

3.1 自抗扰控制器原理

ADRC由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)3部分组成。以二阶被控对象为例,图3为ADRC结构图。其中Z为系统给定,Z11为安排的过渡过程,Z12为Z11微分,Z21,Z22,Z23为估计量,u为控制量,y为系统实际输出,μ为所有扰动的综合。

TD用来安排过渡过程,快速无超调地跟踪输入信号,并具有较好的微分特性,从而避免了设定值突变时,控制量的剧烈变化及输出量的超调,很大程度上解决了系统响应快速性与超调性之间的矛盾。也正因为如此,使得ADRC在快速性要求较高的场合受到一定限制。

ESO是ADRC的核心部分,可以将来自系统内部或外部的各种因素都归结为对系统的扰动。通过ESO估计出系统各个状态变量,同时估计出系统的内外扰动并给予相应补偿,从而实现系统的动态反馈线性化。TD输出与ESO估计值取误差得到系统状态变量误差。误差量送入NLSEF运算后与来自ESO的补偿量求和,最终得到被控对象的控制量。由于ADRC是根据系统的时间尺度来划分对象的,所以在控制器设计时不用考虑系统的线性或非线性、时变或时不变,从而简化了控制器设计。

3.2 自抗扰控制器参数整定

一阶ADRC方程为:

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关键词: MPPT 电流跟踪
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