雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器的Boost電路中的控制算法

本文介紹了戶用型光伏并網(wǎng)發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)。指出在雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器的Boost電路中，控制算法應(yīng)當(dāng)完成升壓控制和最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，對(duì)這兩種控制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究。此外，對(duì)MPPT應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題最大功率限制輸出以及逆運(yùn)行也進(jìn)行了討論。最后在 Simulink中建立了仿真模型，仿真結(jié)果表明Boost控制算法具有可行性。

在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，由于戶用型光伏發(fā)電技術(shù)可以克服日照分散性缺點(diǎn)，且在電網(wǎng)終端并網(wǎng)，所發(fā)出電能被負(fù)載就地消耗，減小了電能在傳輸過(guò)程中造成的損失。這樣在靈活性和經(jīng)濟(jì)性上，都比光伏電站具有更大優(yōu)勢(shì)。在戶用型并網(wǎng)逆變器中，雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器由于其體積小、質(zhì)量輕、效率高且成本較低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖1

在雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括Boost和全橋逆變器電路。如圖1所示。本文主要對(duì)Boost電路進(jìn)行詳細(xì)算法分析。

Boost控制算法研究

Boost要完成兩個(gè)任務(wù)。一就是在啟動(dòng)的時(shí)候，若太陽(yáng)電池板電壓小于母線額定電壓時(shí)，Boost電路應(yīng)能完成升壓，使母線電壓達(dá)到并網(wǎng)要求；另外，就是要完成太陽(yáng)能電池板的最大功率追蹤。下面分別對(duì)其進(jìn)行研究。

1、Boost電路軟充電控制算法

Boost電路由于在系統(tǒng)中屬空載運(yùn)行，對(duì)其實(shí)行軟充電。軟充電方式可以保證Boost在母線電壓比較低的時(shí)候快速充電，而在快要接近母線電壓的時(shí)候，放慢充電速度，減小母線電壓過(guò)沖。

軟充電方式控制流程，假設(shè)母線電壓額定值為400 V。在程序執(zhí)行的時(shí)候，先判斷母線電壓是否超過(guò)額定電壓400 V，若否則開(kāi)始充電控制。通過(guò)SoC判斷當(dāng)前電壓是否接近額定值，若SoC0.9，則表示當(dāng)前電壓值遠(yuǎn)小于額定電壓，加速充電，若否表示當(dāng)前電壓已接近額定電壓，則開(kāi)始減速充電。

2、Boost電路MPPT控制算法

太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器中，要充分發(fā)揮光伏電池板的效能應(yīng)保證電池板隨時(shí)最大功率輸出。在雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器中，通常由Boost電路來(lái)完成MPPT控制。MPPT控制和光伏電池板特性有很大關(guān)系，在輻照度和溫度變化時(shí)電池板的P—U曲線詳圖略。

根據(jù)電路最大功率傳輸定理，當(dāng)電池板的內(nèi)阻抗與負(fù)載阻抗相匹配時(shí)，電池板有最大功率輸出。由于在實(shí)際中，光伏電池板內(nèi)阻抗隨著環(huán)境的變化而變換，由此可知MPPT過(guò)程實(shí)際上是尋找一個(gè)與內(nèi)阻抗匹配的負(fù)載阻抗的過(guò)程。

圖2

在MPPT控制中，主要的問(wèn)題是系統(tǒng)的擾動(dòng)量。在單級(jí)式并網(wǎng)逆變器中，經(jīng)常通過(guò)擾動(dòng)PV電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)MPPT。具體如圖2所示，即當(dāng)電壓值U大于Uref時(shí)，通過(guò)增大輸出電流米降低當(dāng)前電壓。這樣通過(guò)控制輸出電流大小就實(shí)現(xiàn)電壓U的控制，從而完成MPPT。

圖3

在雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器巾Boost電路的輸出電壓Uout通常為恒定值，則根據(jù)公式U=Uout(1-D)，可知占空比的變化會(huì)引起輸入電壓U發(fā)生改變。所以若當(dāng)前電壓U大于MPPT給定的參考電壓，則占空比增加，從而可使得U減小，完成MPPT控制。由于PI控制器存在積分環(huán)節(jié)，MPPT的速度以及系統(tǒng)超調(diào)都會(huì)受到PI控制器的影響。所以在雙級(jí)式并網(wǎng)逆變器中，通常采用直接擾動(dòng)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)MPPT。具體如圖3所示。