[发明专利]基于内模控制的光伏变流器并网控制策略

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电领域，具体涉及到光伏发电电站中的并网变流器控制策略。

技术背景

光伏发电电站并网变流器控制策略的研究和改善成为近年来光伏发电领域研究的热点，目前应用最广泛的是基于电压外环电流内环的双闭环并网控制策略。这种传统的控制策略可以保证变流器中间直流电压的稳定，但是当考虑并网变流器的直流侧输入功率由于光伏发电的某些固有特性，例如塔影效应和切变效应而造成的低频功率波动时，该控制策略并不能抑制并网功率的波动，从而引起接入点的电压波动和闪变。

发明内容

鉴于传统电压电流双闭环并网控制策略的不足，本发明在考虑了光伏发电电站并网变流器直流侧输入功率存在低频波动的情况下，利用内模控制基本原理，建立了中间直流电容的功率-电压模型，并据此设计了内模控制器。基于内模控制的光伏变流器并网控制策略可以在并网变流器直流侧输入功率存在特定低频波动的情况下，使并网功率波动得到有效抑制。

为达到上述目的，本发明所述的基于内模控制的光伏变流器并网控制策略，其技术方案是这样实现的：

内模控制的输入为中间直流侧电容的电压参考值，与传统的电压电流双闭环控制策略一样设为常数值；选取电容的功率参考值作为内模控制器C的输出变量，同时均作为控制对象Process的输入和参考模型Model的输入；将控制对象Process的输出电压值和参考模型Model的输出电压值之差作为反馈量反馈给输入的电压参考值，整个内模控制即可实现。如图1。

其中内模控制器由滤波器C1和逆控制器C2构成。其中滤波器C1根据控制对象Process中的输入功率波动进行设计，逆控制器C2根据参考模型Model的逆系统进行设计。

控制对象Process内部所用的控制策略为改进的电流内环控制策略。即由输入功率减去电容的功率参考值得到并网功率参考值，再由并网功率参考值得到q轴的电流参考值（dq坐标系下q轴定向），进行电流前馈解耦控制，如图2。

参考模型Model通过非线性系统离散化建立了电容的功率-电压的离散模型：

其中， 为上一时刻的电压值，为电容的功率参考值，为采样时间，为电容值。

滤波器C1采用一阶低通滤波器，其结构形式为：

其中时间常数为，为截止频率，根据输入功率波动的频率来设计。

逆控制器C2采用参考模型Model的离散化逆系统进行设计，控制律为：

其中采用滤波器C1的输出值，采用参考模型Model的前一刻输出值，为采样时间，为电容值。

根据以上的设计方法可以得到基于内模控制的光伏变流器并网控制策略。 

附图说明

图1：基于内模控制的光伏变流器并网控制策略的控制原理图。

图2：改进的电流内环控制策略的控制原理图。

具体实施方式

当变流器直流侧输入功率为含有某些特定频率分量的波动功率时，按照本发明的基于内模控制的光伏变流器并网控制策略，根据输入功率波动的频率来设计滤波器C1，使滤波器的输出值作为逆控制器C2的输入值，通过逆控制器C2得到电容的功率参考值。

控制对象Process内部所用的控制策略为改进的电流内环控制策略，具体原理如图2，生成q轴电流的参考值。电流内环采用q轴定向的dq坐标系下电流前馈解耦控制，最终生成变流器q轴和d轴的控制电压，经过PWM调制，得到触发开关管的PWM脉冲，这样就得到了变流器交流侧的真实电压和直流侧电容的真实电压。

另一方面，通过逆控制器C2得到的电容功率参考值输入到参考模型Model中得到电容的模型电压值，通过传感器测得的电容真实电压值与模型电压值之差反馈到输入电压参考值，形成完整的内模控制。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同的替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。