基于改进有限集模型预测控制策略的光伏发电系统

光伏发电系统I-U曲线具有非线性特性,在温度变化或部分阴影条件下光伏阵列P-U曲线出现多个功率峰值现象,增大了功率追踪的复杂性。为提升最大功率点追踪的准确性和系统动态响应能力,提出一种改进的有限集模型预测控制(FCS-MPC)策略,在单级变换系统中实现MPPT和逆变器输出两方控制。在环境突变或渐变情况下,预测量和量测量对比出现漂移时能迅速做出正确的跟踪决策。将跟踪决策结果作为参考量输入FCS-MPC,并将输出结果作为逆变器的开关控制信号。基于Matlab设计了相应的FCS-MPC控制器,并与扰动观察法进行比较。最后,通过仿真对所提算法进行了验证,理论分析、仿真结果相契合。     

光储微电网逆变器有限集模型预测控制

针对光储微电网并网稳定问题提出了一种有限集模型预测控制（FCS-MPC）方案。储能系统双向DC/DC变换器采用电压电流双环控制,以稳定直流母线电压。建立并网逆变器离散化数学模型,将逆变器输出电流作为成本函数控制量,构建电流预测控制器。逆变器电流采用前2步预测,并使用矢量角补偿法对控制过程进行延时补偿。利用MATLAB/Simulink搭建光伏储能微电网仿真模型,对比分析传统控制和模型预测控制的电压电流响应。结果显示,所提方案在负载变化和光伏功率波动情况下,能提高直流母线电压稳定性,减小并网电流畸变率。     

两级式单相光伏逆变器并网过电压抑制策略研究

随着高渗透分布式光伏电站接入低压配电网,其并网点过电压现象日益严重。以两级式单相NPC三电平并网逆变器为例,提出了一种基于有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）的过电压抑制方法。采用改进的粒子群优化（particle swarm optimization,PSO）算法追踪光伏阵列的最大功率点（maximum power point,MPP）,将其作为有功功率参考值。分析光伏电站接入配电网造成过电压现象的原因,利用逆变器的无功调压理论,得出逆变器的无功功率参考值。通过目标函数的设计,使得逆变器输出时变的有功功率和无功功率,从源侧解决了光伏并网的过电压问题。在Simulink仿真中进行验证,结果表明：相比扰动观测法和电导增量法,改进的PSO算法稳态震荡和跟踪误差最小,跟踪效率最高;当并网点出现过电压现象时,所提的过电压抑制策略可以使逆变器输出一定的无功功率,将并网点电压调节到安全范围以内。     

光伏并网逆变器并联运行的预测控制研究

以逆变器输出端电压为切入点重新推导了并联功率理论,提出新的下垂控制策略。将光伏逆变器并联系统的下垂控制与三相光伏并网逆变器的模型预测控制相结合,由下垂控制部分实现并联逆变器输出有功、无功功率对其输出电压幅值及相位控制,并以此作为预测控制的参考电压信号,经优化后,选择最优控制量作用于三相光伏逆变器。实验结果表明,在空载投入负载,部分动力丢失情况下,该控制策略均能较好地实现对并联系统负载功率的均分及对各并联光伏逆变器的优化控制。     

恒频滞环电流控制的单相光伏并网逆变器

基于符合工程实际的光伏模块数学模型,在PSIM软件中建立输出能快速动态随光照强度与温度变化的模块仿真模型,通过仿真分析光伏模块的输出电气特性。同时提出一种实现模块最大功率跟踪算法,并验证其有效性。光伏并网发电系统中的关键部件并网逆变器,影响电能质量与系统稳定。采用恒频滞环电流跟踪控制下的并网逆变器,建立单相光伏并网发电系统的动态仿真模型,仿真结果验证了恒频滞环电流控制光伏并网逆变器能够快速有效地跟踪公共电网,输出谐波畸变率低的并网电流,改善并网系统稳定性与动态性,提高光伏系统输出效率。     

储能型准Z源逆变器的有限集模型预测控制策略

针对储能型准Z源逆变器(energy-storage quasi-Z-source inverter,ES-qZSI)系统,提出一种基于有限集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)结构的ES-qZSI功率控制策略。在传统准Z源逆变器中加入储能电池,采用FCS-MPC控制策略在单级变换系统中实现MPPT、储能电池和输出负载三方能量控制。首先,推导ES-qZSI系统的离散时间模型。然后,利用系统状态变量构造代价函数。分析逆变器的开关频率,提出延迟补偿算法优化数字控制系统固有计算延时带来的影响。设计光伏功率MPPT模块和储能电池功率管理模块,产生预测函数的参考信号并解耦。最后,通过仿真和实验对所提算法进行验证,理论分析、仿真结果和实验结果相契合。该控制策略不设脉宽调制(pulse width modulation,PWM)模块,控制方法简单,易于通过数字信号处理芯片来实现。     

基于分布式共识协同的光伏逆变器电压控制策略研究

为了解决大规模分布式光伏接入配电网导致光伏并网点出现电压越限问题,提出了一种基于分布式共识协同(distributed consensus collaboration, DCC)的光伏逆变器电压控制方法。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式,利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率,实现对光伏并网点电压的控制。分布式协同共识是将接入系统的光伏有功功率输出与光伏最大输出跟踪比作为状态变量,通过分布式共识协同算法实现下垂控制启动参数的调整和光伏逆变器之间的电压协同控制。通过一个含分布式光伏的真实馈线系统进行算例验证,基于德国DIgSILENT软件进行仿真。结果表明,所提电压控制方法能有效抑制光伏并网点的电压越限问题,并在电压调节过程中降低光伏有功功率出力的削减,提升光伏逆变器的无功功率调节量。     

光伏并网系统的建模与控制研究

通过建模与仿真,分析研究了三相光伏并网发电系统的控制策略.在一般工况下,建立了太阳能电池的通用数学模型,采用基于电压扰动干扰观测法进行最大功率点跟踪;搭建了三相光伏并网发电系统的结构,并采用空间矢量PWM控制器对逆变器进行并网控制;最后在Matlab/Simulink软件上进行了仿真试验,仿真结果表明该模型能够实现最大功率追踪控制,并能使并网侧逆变器输出的电压、电流跟踪给定参考值,实现功率因数可控的要求.     

单相光伏并网逆变器控制技术

把光伏电池的特性与光伏并网逆变器结合起来控制光伏电池最大功率传输,提出了用光伏电池最大功率跟踪控制的最大输出电流作为逆变器控制的瞬时参考电流的方法,该瞬时交流参考电流是以光伏电池输出的直流电流作为其峰值,以电网电压的相位和频率作为瞬时交流参考电流的相位和频率,同时为了确保逆变器的稳定性和可靠性,引入了电网电压前馈和滤波器电容电流反馈控制的方法。分析了光伏系统中DC/DC、DC/AC的拓扑电路结构及其实现最大功率并网的控制策略,并利用MATLAB/Simulink对系统进行仿真,仿真结果表明所提控制策略能实时跟踪光伏系统的最大功率点,系统能稳定可靠地向电网传输电能。     

户用型单相光伏并网系统仿真分析

针对3 kW光伏并网发电系统,详细分析了光伏电池的模型;采用扰动观察法实现最大功率点跟踪;选择电流内环电压外环的双环控制作为并网逆变器的控制策略,其中电流内环控制并网逆变器的输出电流跟随电网电压,电压外环控制直流母线电压稳定在400 V;将主动式频率偏移法运用于孤岛检测的算法控制,孤岛出现后2 s内迅速检测出孤岛并切断光伏逆变器。给出了基于MATLAB/Simulink的系统仿真模型。结果表明:光伏电池能很好地实现最大功率点跟踪,逆变后成功并网,在规定的时间内对孤岛做出判断,达到预期的设计目的。     

光伏并网系统的混成控制研究

针对光伏并网系统是一个非线性、不确定性、非纯一性的典型混成动态系统,本文将混成控制理论应用于光伏并网系统的最大功率点跟踪和并网逆变器控制策略的设计。首先简单介绍了混成控制理论,分析了光伏并网系统的混成特性,然后分别设计了最大功率点跟踪和并网逆变器混成控制决策,建立了基于混成自动机的光伏并网系统控制模型,最后通过仿真验证所建模型及方法的正确性和有效性。仿真结果表明该方法能够快速实现最大功率点跟踪,并能够实现并网电流精确跟踪电网电压。     

光伏并网逆变器模型预测电流控制研究

在αβ两相静止坐标下建立逆变器输出电流的预测模型,通过评估函数对逆变器输出的不同电压矢量进行最优选择,预测函数计算出下一时刻可能的输出值。当评估函数取值最小时,对应的电压矢量为最优,采用此时的开关状态对逆变器进行控制,实现并网电流快速跟踪参考电流。该控制方法无需脉冲宽度调制信号,通过单次坐标变换,避免了复杂的运算过程,降低了控制偏差。仿真结果表明当参考电流动态变化时,模型预测电流控制能快速跟踪参考电流变化。当光伏电池的光照强度变化时,模型预测电流控制能快速追踪光伏电池最大输出功率点,且逆变器输出电流谐波畸变低。通过对比传统空间矢量脉宽调制控制下的输出波形,验证了模型预测电流控制策略的有效性。     

低压微网中三相光伏并网逆变器控制策略研究

在低压微网中,以三相光伏并网发电系统为对象,分析了三相光伏并网逆变器的数学模型。并网逆变器电流内环采用瞬时电流控制,可以实现系统电流动态跟踪,但是电流内环采用传统PI控制需要功率前馈解耦影响和复杂旋转坐标变换。在瞬时电流控制的基础上,对三相光伏并网逆变器提出一种外环为瞬时功率控制、内环为瞬时电流准比例谐振的控制策略,并采用复传递函数方法分析了PR控制器的动态性能。经过仿真分析,外环瞬时有功无功控制实现了光伏并网逆变器参考功率控制;在光伏并网发电系统输出功率发生突变的情况下,电流内环控制具有快速准确动态跟踪性能,并实现了功率解耦控制,为电网输出高质量电能,仿真结果有效验证了该控制策略的效果。     

光伏电站参与电网频率调节技术的研究

由于光伏出力具有不确定性,光伏的大量接入给电网的稳定性造成不利影响。为此,针对光伏并网点频率波动问题,提出2种不同的控制策略:第一种是光伏发电单元参与调频,当并网点检测到频率波动时,将频率偏差作为控制量,通过下垂控制得到功率偏差,依据此偏差量调节MPPT(最大功率点跟踪)输出的直流电压量,反馈到逆变器双环控制,从而调节光伏阵列的输出功率;第二种是场站级控制系统参与调频,即通过测量系统频率偏差得到功率控制指令,再由场站级功率控制系统将其下发至相关逆变器完成频率控制。最后,通过系统仿真对比了2种控制策略的优缺点及适用性。     

基于LCL滤波的光伏并网逆变器电流滞环控制

并网型逆变器是太阳能光伏并网发电的关键部件,提出的光伏并网逆变器通过LCL滤波器并入电网,采用非线性的电流滞环控制策略,建立光伏模块和LCL滤波器的数学模型,将基于电导增量算法的最大功率跟踪(MPPT)控制和有源阻尼算法集成在滞环控制系统中,实现了光伏模块最大功率输出,并有效抑制了LCL滤波器的自然谐振。提出了集成统一的电流滞环控制策略。仿真结果验证了光伏模块数学模型和MPPT算法的有效性,对光伏并网逆变器受外界环境变化影响的动态响应仿真表明,集成统一的电流滞环跟踪控制应用于光伏并网逆变器能改善注入电网的电流品质,提高系统的稳定性。     

基于改进P&O与MPC算法的光伏MPPT控制研究

在光伏发电系统中,针对传统的最大功率点跟踪控制方法难以同时满足追踪精度与追踪速度的问题,提出了一种新的改进PO和MPC相结合的光伏MPPT控制方法,先将扰动之后的电压和电流作为参数输入MPC控制器,再由控制器的两步长函数分析预测出未来变量的动作并生成输出曲线。仿真结果表明,相较于传统的扰动观察法,该算法可以同时满足追踪精度与追踪速度的要求。     

单相光伏并网逆变器固定滞环的电流控制

并网型逆变器是太阳能光伏并网发电的关键部件,以Matlab/Simulink为仿真平台,建立光伏模块和最大功率跟踪控制器的数学模型和仿真模块,分析光伏模块的电气特性,实现最大功率点的动态跟踪,提出集成式光伏模块和最大功率跟踪控制的并网逆变器系统模型和电流滞环跟踪控制的数学模型和控制策略,仿真结果验证光伏模块数学模型和最大功率跟踪算法的有效性,对光伏并网逆变器受外界环境变化影响的动态响应进行了仿真,表明电流滞环跟踪控制应用于光伏并网逆变器能改善注入电网电流的品质,使电网功率因数为1。     

无差拍控制的非隔离型并网逆变器漏电流分析

为实现逆变系统高质量并网电流的输出,漏电流的消除对非隔离型光伏并网逆变器至关重要。分析了非隔离型单相并网逆变器漏电流的产生机理和流通回路,并基于无差拍电流控制原理,说明漏电流对逆变电流以及MPPT的影响。提出了一种基于无差拍电流控制的单相光伏并网逆变器漏电流补偿方法,并在Matlab/Simulink环境下进行仿真。通过仿真结果和实验测得值相比较表明,通过对逆变器占空比的补偿,可以有效地消除漏电流对逆变电流的影响,从而避免功率跟踪中出现误判或者找不到最大功率点的情况,实现逆变电流高质量输出和最大功率的正确跟踪。     

具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现

光伏并网控制系统输送到电网的功率随着光照强度、环境温度以及光伏阵列输出电压的不同而变化,控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地向电网输出最大功率非常必要。该文提出了基于同步旋转坐标变换实现光伏阵列最大功率跟踪与电流控制的电压源型逆变器相结合的三相光伏并网控制系统,该系统主要包括光伏阵列、直流母排电容、电压源型逆变器、滤波电感、数字信号控制器与电网。提出的改进最大功率跟踪方法,根据光伏阵列dP/dU-U的特性曲线,利用Newton-Raphson方法快速计算光伏阵列输出功率对电压的微分值,由此进一步形成光伏阵列工作在最大功率点的参考电压值。整个控制系统为双环控制,外环为电压控制环,利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率工作点;内环为电流控制环,利用2个PI调节器分别对d-q轴电流进行解耦控制,使逆变器输出电流与参考电流一致。根据所提出的控制算法,研制了一台三相光伏并网系统原理性样机,仿真与实验结果一致,系统具有良好的动稳态性能,说明了所提出的控制方案是非常有效的。     

三相光伏并网逆变器多目标优化模型预测控制

三相电压型并网逆变器广泛用于光伏发电领域。逆变控制方法用于提高并网系统效率和响应质量。模型预测控制策略使用离散时间模型预测下一个采样周期所有可能的输出值,根据评估函数选取最优电压向量。将模型预测控制用于三相电压型并网逆变器中。首先,建立三相光伏逆变器在d-q坐标系下的瞬时功率数学模型。其次,设计预测函数在线预测逆变并网参数。选择合适的目标函数控制逆变器下一采样周期的输出值。d-q坐标系下的跟踪精确迅速,所提出的控制策略计算量小,无需PWM调制,更容易实现。然后,对模型预测控制进行多目标优化。设计电流解耦控制减小系统输出有功功率,改变评估函数提高输出电流质量,修正交流侧电压参数提高预测的准确性。最后,仿真和实验结果证明提出的控制策略输出电流具有良好的动态性能和较低的谐波畸变率,可快速跟踪给定的参考值,具有无功补偿的功能。