本发明提供一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统，将并网点电压反馈信号进行处理后叠加至电流调节器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高了单向光伏逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括如下步骤：S1、获取并网点的电压反馈信号和电感电流，电压反馈信号的采样延迟传递函数分别为，电感电流的采样延迟传递函数为；S2、将反馈信号代入电流调节器得到调节信号；S3、将反馈信号代入相位调节器得到调节信号；S4、将和相加得到调制信号，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱动信号。
1.一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取并网点的电压反馈信号 和电感电流 ，电压反馈信号 的采样延迟传递函数分别为 ，电感电流 的采样延迟传递函数为 ；
S4、将 和 相加得到调制信号 ，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱动信号。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S1中，通过电压传感器获取所述电压反馈信号 ；
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2包括：S21、根据所述电压反馈信号 得到电网电压相位 ，再根据所述电网电压相位 以及电流参考基准 ，由下式（1）得到电感电流参考 ， （1）；
S22、根据下式（2）将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节器得到调节信号 ， （2）。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S3包括：S31、并网点电压反馈信号 经过相位调节函数 ，得到输出信号 ，的如下式（3）所示，
（3）其中， 为相位调节函数增益， 为相位调节函数初始角频率， 为相位调节函数结束角频率， ，s为拉普拉斯算子；
S32、并网点电压反馈信号 经过增益补偿函数 ，得到输出信号 ，如下式（5）所示，
（5）其中， 为增益补偿函数 选频带宽系数， 为增益补偿函数 选频角频率，为增益补偿函数 增益；
S33、根据输出信号 和 ，由下式（7）得到相位调节器输出信号 ， （7）。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤S31中，由下式（4）得到输出信号， (4)步骤S32中，由下式（6）得到输出信号 ， (6)。
6.一种采用如权利要求1-5任一所述的控制方法的提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制系统，包括：电压采样模块，用于获取并网点的电压反馈信号 ；
电流控制器，用于根据电压反馈信号 得到的电网电压相位 以及电流参考基准得到电感电流参考 ，并将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节得到调节信号 ；
PWM生成器，用于产生逆变器各开关管的PWM驱动信号；
相位调节器，用于对并网点电压反馈信号 进行相位校正得到调节信号 ；
所述电流控制器还用于将调节信号 和所述调节信号 相叠加得到调制信号 并送入所述PWM生成器。
7.根据权利6所述的控制系统，其特征在于，所述相位调节器包括：第一相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号 进行相位调节得到输出信号；
第二相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号 进行增益补偿得到输出信号；
提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及一种单相光伏并网逆变器的数字控制方法及系统，具体是通过构建相位调节器来实现网侧的有源阻尼控制，可有效提高逆变器对弱电网的适应性，在电网阻抗宽范围变化依然可靠并网，满足并网标准。
[0003]
背景技术
[0004] 以风能与太阳能为代表的分布式发电系统作为可再生能源利用的主要方式之一，既能支配现有电网的经济运行，又清洁环保，在电力系统的应用比重日益增加。随着分布式电源并网数量、并网功率的增加及分布位置的广泛，电网越来越呈现出弱电网的特性：电网阻抗不可忽略，且随电网运行方式变化。这种电网阻抗变化特性将导致逆变器控制系统的环路增益变化，逆变器并网电流出现振荡甚至不稳定。
[0005] 其中，单相光伏并网逆变器因其较小体积、低廉的价格和相对灵活的便携性与组网特性，越来越受到家庭、商业和小型电站的青睐。单相光伏并网逆变器受其体积与成本限制，并网功率一般在5kW以下，开关频率为20kHz左右，常采用LC型网侧滤波器。
[0006] 图1为现有单相光伏逆变器控制系统的结构图，包括直流电源1、逆变桥2、LC滤波器3、公共电网4、电流控制器5、PWM生成器6。其中，逆变器2由开关管T1~T4和续流二极管D1~D4组成；LC滤波器由滤波电感 和滤波电容 组成；公共电网由电网阻抗Zg和电网电压源Vg组成； 为电感电流 传感器； 为并网点电压 传感器。 和 分别为并网点电压和电感电流 硬件采样处理电路等效传递函数，一般为一阶低通滤波器，根据 和 得到并网点电压反馈信号 和电感电流反馈信号 。电流控制器5利用传感器采集到的并网点电压 经过软件锁相环SPLL得到并网点电压相位 ，与电感电流基准 一起构成电感电流的参考 ；与此同时，电流的参考 与传感器采集到的电感电流 进行闭环调节，具体的控制过程将结合图2进行说明。为了抑制网侧滤波器与公共电网阻抗形成LCL谐振尖峰，电流控制器5引入了并网点电压 前馈解耦，实现有源阻尼控制。
[0007] 图2为图1所示的单相逆变器的控制框图，其中， 为采用数字控制所引入的采样延迟和PWM调制延迟，一般为1.5的采样周期 ； 、和Zg分别为滤波电感、滤波电容和电网阻抗；Kpwm为桥路增益。从图中可知，电感电流参考 减去电感电流反馈信号 得到电感电流误差信号，该误差信号经过调节器 后，与并网点电压反馈信号 相加，共同构成了调制信号 ；该调制信号经过PWM生成器，得到逆变桥各开关管的驱动信号，进而得到逆变器输出电压 ,通过调节逆变器输出电压 使得电感电流 跟踪电感电流参考 。
[0008] 从图2中可以看出，由于前馈通道低通滤波器 延时和数字控制延时 的存在，并网点电压反馈信号 与并网点电压 以及调制信号 和逆变桥输出电压 间均存在着相位延迟，尤其是高频段部分延迟更为严重，因此在采用并网点电压反馈信号前馈进行有源阻尼控制时，其谐振抑制效果将会受到影响，在市电阻抗变化，甚至导致过流等宕机现象。
[0009]
发明内容
[0010] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法及系统，该控制方法将并网点电压反馈信号 进行处理后叠加至电流调节器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高了单向光伏逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括如下步骤：
S1、获取并网点的电压反馈信号 和电感电流 ，电压反馈信号 的采样
延迟传递函数分别为 ，电感电流 的采样延迟传递函数为 ；
S2、将反馈信号 代入电流调节器得到调节信号 ；
S3、将反馈信号 代入相位调节器得到调节信号 ；
S4、将 和 相加得到调制信号 ，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱动信号。
[0012] 优选地，步骤S1中，通过电压传感器获取所述电压反馈信号 ；和/或，
通过电流传感器获取所述电感电流 。
[0013] 优选地，步骤S2包括：S21、根据所述电压反馈信号 得到电网电压相位 ，再根据所述电网电压相位以及电流参考基准 ，由下式（1）得到电感电流参考 ，
（1）；
S22、根据下式（2）将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节器得到调节信号 ，
（2）。
[0014] 优选地，步骤S3包括：S31、并网点电压反馈信号 经过相位调节函数 ，得到输出信号 ，
的如下式（3）所示，
（3）
其中， 为相位调节函数增益，为相位调节函数初始角频率， 为相位调节函数结束角频率， ，s为拉普拉斯算子；
S32、并网点电压反馈信号 经过增益补偿函数 ，得到输出信号 ，
如下式（5）所示，
（5）
其中， 为增益补偿函数 选频带宽系数， 为增益补偿函数 选频角频率，为增益补偿函数 增益；
S33、根据输出信号 和 ，由下式（7）得到相位调节器输出信号 ，
（7）。
[0015] 更优选地，步骤S31中，由下式（4）得到输出信号 ， (4)
步骤S32中，由下式（6）得到输出信号 ，
(6)。
[0016] 本发明采用的又一技术方案是：一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制系统，包括：
电压采样模块，用于获取并网点的电压反馈信号 ；
电流采样模块，用于获取并网点的电流反馈信号 ；
电流控制器，用于根据电压反馈信号 得到的电网电压相位 以及电流参考基准得到电感电流参考 ，并将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节得到调节信号 ；
PWM生成器，用于产生逆变器各开关管的PWM驱动信号；
该控制系统还包括：
相位调节器，用于对并网点电压反馈信号 进行相位校正得到调节信号 ；
所述电流控制器还用于将调节信号 和所述调节信号 相叠加得到调制信号 并送入所述PWM生成器。
[0017] 优选地，所述相位调节器包括：第一相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号 进行相位调节得到输出信号；
第二相位调节模块，用于对并网点电压反馈信号 进行增益补偿得到输出信号；
运算模块，用于将 和 相加得到调节信号 。
[0018] 本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：无需增加额外的电压或者电流传感器即可抑制网侧LCL型谐振尖峰；在电网阻抗较大范围变化时，控制系统仍然可以保持稳定，并保持较高的正弦度。该控制方法将并网点电压反馈信号 进行处理后叠加至电流调节器的输出，补偿采样和控制延迟，实现对并网点电压反馈信号的相位校正，提高了单向光伏逆变器对弱电网的适应性，从而实现逆变器在弱电网下的稳定运行。
[0019]
附图说明
[0020] 图1为现有的单相光伏逆变器的控制系统示意图。
[0021] 图2为现有的单相光伏逆变器的控制框图。
[0022] 图3为本发明的单相光伏逆变器的控制系统示意图。
[0023] 图4为采用本发明所提供的控制方法的流程图。
[0024] 图5为采用现有控制方法的实验波形图。
[0025] 图6为采用本发明控制方法的实验波形图。
[0026]
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
[0028] 参照图3所示，本发明的一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制系统，包括电压采样模块、电流采样模块、直流电源1、逆变桥2、LC滤波器3、公共电网4、电流控制器5、PWM生成器6、相位调节器7。其中，电压采用模块由并网点电压 传感器 和并网点电压 采样处理电路 组成，电流采样模块由电感电流 传感器 和电感电流 采样处理电路组成，其中 和 一般为一阶低通滤波器，根据 和 分别得到并网点电压反馈信号 和电感电流反馈信号 ；逆变器2由开关管 和续流二极管 组成；LC滤波器3由滤波电感 和滤波电容 组成；公共电网4由电网阻抗 和电网电压源 组成； 为采用电压反馈信号 所得到的并网点电压相位；为电感电流基准； 为电感电流参考；为电流调节器，通常采用比例积分控制策略。电流控制器5，用于根据电网电压相位 以及电流参考基准 得到电感电流参考 ，并将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节得到调节信号 ；PWM生成器6，用于产生逆变器各开关管的PWM驱动信号；相位调节器7，用于对并网点电压反馈信号 进行相位校正得到调节信号 ；电流控制器还用于将调节信号 和调节信号 相叠加得到调制信号 并送入PWM生成器。
[0029] 具体地，相位调节器7包括：第一相位调节模块Gv171，用于对并网点电压反馈信号 进行相位调节得到输出信号 ；
第二相位调节模块Gv272，用于对并网点电压反馈信号 进行增益补偿得到输出信号 ；
运算模块73，用于将 和 相加得到调节信号 。
[0030] 参照图4所示，上述控制系统采用的提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括如下步骤：一种提高单相光伏逆变器对弱电网的适应性的控制方法，包括下述步骤。
[0031] S1、获取并网点的电压反馈信号 和电感电流 ，电压反馈信号 的采样延迟传递函数分别为 ，电感电流 的采样延迟传递函数为 。
[0032] S2、将反馈信号 代入电流调节器得到调节信号 ，具体为：S21、根据所述电压反馈信号 得到电网电压相位 ，再根据所述电网电压相位以及电流参考基准 ，由下式（1）得到电感电流参考 ，
（1）；
S22、根据下式（2）将电感电流参考 和电感电流反馈信号 相减，经过电流调节器得到调节信号 ，
（2）。
[0033] S3、将反馈信号 代入相位调节器得到调节信号 ，具体为，S31、并网点电压反馈信号 经过下式（3）所示的相位调节函数 ，由下式（4）得到输出信号 ，
（3）
（4）
其中， 为相位调节函数增益， 为相位调节函数初始角频率， 为相位调节函数结束角频率， ，s为拉普拉斯算子；
S32、并网点电压反馈信号 经过下式（5）所示的增益补偿函数 ，由下式（6）得到输出信号 ，
（5）
（6）
其中， 为增益补偿函数 选频带宽系数， 为增益补偿函数 选频角频率，为增益补偿函数 增益；
S33、根据输出信号 和 ，由下式（7）得到相位调节器输出信号 ，
（7）。
[0034] S4、将 和 相加得到调制信号 ，并送入PWM生成器，产生逆变器各开关管的PWM驱动信号。 的计算公式如下式（8）， （8）。
[0035] 以一个实例对现有技术中的控制方法和本发明的控制方法进行对比说明，该实例的主要参数如下：直流电源1电压 ；
公共电网4电压 ；
额定功率 ；
开关频率 ；
滤波电感 ；
滤波电感 ；
并网点电压信号采样调理电路传递函数 ；
电感电流信号采样调理电路传递函数 ；
采用可编程交流电源模拟公共电网电压，设定电网电压为 ，正弦度良好；采用串接电感来模拟电网阻抗。在不同的控制方法下结果如下：
图1所示的现有控制系统所采用的现有的控制方法的实验波形图如图5所示。其中图5(a)、5(b)、5(c)分别为在电网阻抗为 、 、 时的实验波形。由于采样与控制延迟的存在，现有技术中的并网点电压前馈控制方法未能较好的进行有源阻尼控制，逆变器输出电流波形存在高频振荡，严重时可能触发过流，引起宕机现象.
图3所示的本发明控制系统所采用的控制方法的实验波形图如图6所示。其中图6(a)、6(b)、6(c)分别为在电网阻抗为 、 、 时的实验波形。由于相位调节器很好的补偿了采样与控制延迟，并网点电压前馈控制方法较好进行有源阻尼控制，逆变器输出电流波形无高频振荡。因此在电网阻抗从 至 变化时，逆变器均工作稳定，有效验证了本发明控制方法的实用性。
[0036]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
