用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器

摘要

本发明公开了一种用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器，其包括比例控制器、积分控制器和随机信号发生器，比例控制器控制光伏系统的实际输出电流与参考电流的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节器立即产生调节作用用以减少偏差；积分控制器使光伏系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节器就进行，直至无差，积分调节器停止；随机信号发生器与积分控制器相结合来产生一个随机积分增益。本发明提出的随机性积分增益控制器应用到光伏发电系统中，可以大大减少并网逆变系统中产生的低次谐波分量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制器，特别是涉及一种用于光伏并网系统的随机积分 增益电流控制器。

背景技术

近年来，随着光伏发电技术的不断改进，以及人们对可再生能源意识的 不断提高，分布式光伏发电越来越受人们青睐。分布式光伏发电系统通常包 括：太阳电池组件、逆变器、支架、配电箱等部分，而光伏并网逆变器是系 统的心脏部件，对发电量以及所发电的电能质量有着至关重要的影响。当 前，光伏逆变器基本上是采用电力电子高频开关来实现电力变换，这无疑会 产生大量的开关谐波、低频谐波、间谐波以及直流分量等，并入电网后会产 生“谐波污染”，大规模应用后会对整个电力网络产生不堪设想的严重后果。 然而，目前大部分的研究焦点是集中逆变器的发电效率上，采用高频技术来 一味地追求效率而忽略了电能质量问题，大部分逆变器厂家的输出电流谐波 都超出了国内、国际电能质量标准要求。为了改善并网逆变器的谐波抑制能 力，通过对逆变器的硬件拓扑结构或者脉宽调制(PWM)技术进行优化也 是可以实现，但是无疑会增加系统的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于光伏并网系统的随机积分 增益电流控制器，其提出随机性积分增益，可以大大减少并网逆变系统中产 生的低次谐波分量。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于光伏并网 系统的随机积分增益电流控制器，其特征在于，其包括比例控制器、积分控 制器和随机信号发生器，比例控制器控制光伏系统的实际输出电流与参考电 流的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节器立即产生调节作用用以减少偏 差；积分控制器使光伏系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分 调节器就进行，直至无差，积分调节器停止；随机信号发生器与积分控制器 相结合来产生一个随机积分增益。

优选地，所述基于随机积分增益的电流控制器的离散传递函数变为如下 式：

$G_{\mathrm{PI}}\left(s\right)=K_P+\frac{K_{\mathrm{IR}}}{1-z^{-1}}$

其中，K_P是固定比例增益，K_I是积分增益，K_IR是随机积分增益，G表 示传递函数符号，Z表示离散域。

本发明的积极进步效果在于：本发明针对光伏并网发电系统，在原有硬 件拓扑、PWM调制技术不变的基础上，提出基于随机积分增益的PI电流控 制器，可以大大减少并网逆变系统中产生的低次谐波分量。

附图说明

图1为基于本发明用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器的光伏 并网系统的原理框图。

图2为本发明随机积分增益电流控制器的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图1给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，基于本发明用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器 的光伏并网系统包括光伏阵列1、DC(直流)/AC(交流)变换器2、脉宽 调制(PWM)器3、锁相环(PLL)4、最大功率跟踪(MPPT)控制器5和 基于随机积分增益的电流控制器6，光伏阵列1、脉宽调制器3都与DC/AC 变换器2连接，用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器6、锁相环 (PLL)4都与最大功率跟踪(MPPT)控制器5连接，用于光伏并网系统的 随机积分增益电流控制器6还与脉宽调制器3连接。

如图2所示，本发明用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器包括 比例控制器、积分控制器和随机信号发生器，比例控制器作用是控制光伏系 统的实际输出电流与参考电流的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节器立 即产生调节作用用以减少偏差；积分控制器的作用是使光伏系统消除稳态误 差，提高无差度。因为有误差，积分调节器就进行，直至无差，积分调节器 停止；随机信号发生器作用是与积分控制器相结合来产生一个随机积分增益 K_IR。其中，图2中的I_ref是参考电流值，I_measure是实际测量电流值，Y_out是控 制器输出值。

由于系统本身固有的随机性，为了时刻找到最佳的积分增益来匹配，增 加一个随机信号发生器，形成随机积分增益K_IR，来取代原来的固定积分增 益K_I，再与原来的比例增益K_P合成加入到系统控制器中，最后成为新的随 机积分增益PI控制系统，通过数字随机发生器对传统PI控制器中的积分增 益K_I进行随机自动调整，而比例增益K_P保持不变，最后成为本发明随机积 分增益PI控制器。也就是说，控制器的积分增益是随机调整的，并产生一 个随着时间变化的输出谐波频谱，从而实现更优的控制效果。基于随机积分 增益的电流控制器应用在单相光伏并网逆变系统后可以更好地抑制由高频 电子开关产生的电力谐波畸变(THD)问题，相比采用传统的固定参数电流 控制器而言，THD值可以减少15％。该发明主要思想是：通过数字随机发 生器对传统控制器中的积分增益K_I进行随机自动调整，而固定比例增益K_P保持不变。因此，在光伏并网逆变器总成本保持不变的情况下，通过应用本 发明所提出的基于随机积分增益的电流控制器来取得更好的电能质量，实现 更好的并网效果。

用于光伏并网系统的随机积分增益电流控制器的离散传递函数变为如 下式(1)：

$G_{\mathrm{PI}}\left(s\right)=K_P+\frac{K_{\mathrm{IR}}}{1-z^{-1}}...\left(1\right)$

其中，K_P是固定比例增益，K_IR是随机积分增益，G表示传递函数符号， Z表示离散域。

在实际操作中，需要预先调制出一个优化过的固定比例增益K_P和积分 增益K_I，然后在积分增益K_I上加入一个随机数。为了抑制输出电流的不稳 定性，需要把随机信号限制在一个范围之内，该范围被定义为：通过实验调 制使输出电流开始变得不稳定的临界最大和最小值。此外，在随机信号发生 器的采样信号之后需要接一个低通RC滤波器来平滑变量信号，滤波器截止 频率大约选为560Hz。

电流控制器是用来控制逆变器实际输出电流快速和准确地跟踪电网参 考电流，是决定逆变器输出电能质量的一个极其重要的因素。本发明的电流 控制器是基于随机积分增益的电流控制器，即提出随机性积分增益，可以大 大减少并网逆变系统中产生的低次谐波分量，且改善逆变器输出的电能质量 问题。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆 盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。