一種單級式z源光伏并網逆變器的統一控制器及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器及控制方法，尤其涉及 一種兼有諧波和無功補償的單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器及控制方法。
【背景技術】
[0002] 由于外界環境變化對分布式光伏發電系統影響較大，其輸出功率直接受當前環境 太陽輻照和溫度影響。為使得并網光伏系統輸出功率最大化，廣泛采用兩級式并網光伏系 統，一般采用前級Boost變換器起到直流電壓提升與最大功率點跟蹤（MPPT)功能，再由后 級逆變器進行光伏系統并網控制，其優點在于控制簡單，但多級的系統將產生更多的能量 損耗，降低了系統效率。
[0003] 另一方面，光伏電站逐步向大容量方向發展且開始承擔一定的本地負荷，通過光 伏并網發電系統的功率因數控制功能，向電網中補償無功，已成為光伏電站接入電網的核 心技術之一。其主電路具有電壓型全橋逆變電路，與傳統的有源濾波和無功功率補償裝置 主電路一致，因此可以利用光伏系統進行無功補償，輸出一定的無功功率，并抑制電網電流 諧波。但傳統的兩級式或單級式光伏發電系統效率低于Z源逆變器，未能將高效的Z源逆 變器與無功補償功能相結合，未實現系統整體的統一控制方法。

【發明內容】

[0004] 針對上述問題，本發明提供一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器及控制 方法，基于Z源逆變器的單級式并網光伏系統利用Z源網絡和逆變器直通時間進行升壓，同 時可實現并網電流逆變控制，兼有諧波和無功補償，整體結構緊湊，效率更高，工作更可靠。
[0005] 為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：
[0006] 一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器，其特征在于，包括分別與太陽能 光伏陣列相連的光伏電壓采樣模塊和光伏電流采樣模塊，與Z源網絡相連的電容電壓采樣 模塊，與三相電網相連的電網電壓采樣模塊和電網電流采樣模塊；
[0007] 所述光伏電流采樣模塊順次與MPPT模塊、第一減法器、光伏電壓PI控制器、帶直 通比的SVPWM模塊相連，所述光伏電壓采樣模塊分別與MPPT模塊和第一減法器相連；
[0008] 所述電容電壓采樣模塊順次與Z源輸出電壓計算模塊、第二減法器、母線電壓PI 控制器、第三減法器相連；
[0009] 所述電網電壓采樣模塊分別與帶直通比的SVPWM模塊和鎖相環模塊相連，所述鎖 相環模塊分別與C坐標變換模塊、r坐標變換模塊相連；
[0010] 所述電網電流采樣模塊順次與c32坐標變換模塊、C坐標變換模塊、低通濾波器模 塊、第三減法器、r坐標變換模塊、c23坐標變換模塊、第四減法器、并網電流控制模塊、帶直 通比的SVPWM模塊相連；
[0011] 所述電網電流采樣模塊與第四減法器相連，所述帶直通比的SVPWM模塊輸出PWM 控制信號。
[0012] 一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制方法，其特征在于：
[0013] MPPT模塊通過實時測量的光伏陣列輸出電壓UPV和電流IPV確定當前功率，并尋求 光伏陣列最大功率，獲得光伏陣列目標電壓仏％
[0014] 光伏電壓PI控制器通過當前光伏陣列電壓UPV與仏：^的誤差，輸出直通比控制信 號D。至帶直通比的SVPWM模塊；
[0015] 電網電壓采樣模塊采集三相電網的實時電壓ea、eb、e。輸出至帶直通比的SVPWM模 塊，并將A相實時電壓ea輸出至鎖相環模塊；
[0016] 電網電流米樣模塊米集二相電網的實時電流iab。并進行坐標變換后獲得有功電 流信號ip，獲得其直流分量同時，Z源輸出電壓峰值計算模塊計算出Z源輸出端電壓 uz，通過減法器與母線電壓設定值^I比較，將誤差輸入母線電壓PI控制器，獲得控制信號 A/,：；
[0017] &與Ai/;經過減法器處理后，經過坐標變換得到三相靜止坐標系下電流值iabrf， 1^與3相電網的實時電流iab。進行相減獲得無功電流與諧波電流總和iabc；h，將其輸入并網 電流控制模塊，獲得SVPWM調制信號ua與up，并與帶直通比的SVPWM模塊連接，形成帶直 通矢量的SVPWM，將輸出的統一控制PWM信號接入全橋逆變電路，實現兼有諧波和無功補償 的Z源逆變器統一控制。
[0018] 本發明的有益效果是：通過調節直通占空比，實現光伏陣列最大功率跟蹤功能以 及Z源網絡電壓提升，同時采用基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，獲得包含并網有 功、無功及諧波電流的指令電流，基于帶直通比的SVPWM，發明了系統統一控制方法；系統 結構緊湊，在實現太陽能光伏系統并網發電的同時，可降低電網電流諧波并補償電網無功 功率，節約成本，高效可靠。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器的結構示意圖；
[0020] 圖2是本發明Z源網絡的電路圖；
[0021] 圖3是本發明統一控制方法的穩態時逆變器輸出電流、非線性負荷電流以及電網 A相電流的仿真結果；
[0022] 圖4是本發明統一控制方法的諧波抑制前后電網A相電流THD的仿真結果；
[0023] 圖5是本發明統一控制方法的Z源逆變器無功補償仿真結果。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和具體的實施例對本發明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領 域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限 定。
[0025] 一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制器，如圖1所示，包括分別與太陽能光 伏陣列101相連的光伏電壓采樣模塊201和光伏電流采樣模塊202,與Z源網絡102相連 的電容電壓采樣模塊203,與三相電網相連的電網電壓采樣模塊204和電網電流采樣模塊 205〇
[0026] 所述光伏電流采樣模塊202順次與MPPT模塊207、第一減法器、光伏電壓PI控制 器206、帶直通比的SVPWM模塊210相連，所述光伏電壓采樣模塊201分別與MPPT模塊207 和第一減法器相連，其中，所述直通比為全橋逆變電路103中開關器件在一個調制周期內， 上下橋臂直通時間所占比例；
[0027] 所述電容電壓采樣模塊203順次與Z源輸出電壓計算模塊208、第二減法器、母線 電壓PI控制器209、第三減法器相連；
[0028] 所述電網電壓采樣模塊204分別與帶直通比的SVPWM模塊210和鎖相環模塊217 相連，所述鎖相環模塊217分別與C坐標變換模塊213、(T坐標變換模塊215相連；
[0029] 所述電網電流采樣模塊205順次與C32坐標變換模塊212、C坐標變換模塊213、低 通濾波器模塊214、第三減法器、（T坐標變換模塊215、C23坐標變換模塊216、第四減法器、 并網電流控制模塊211、帶直通比的SVPWM模塊210相連；
[0030] 所述電網電流采樣模塊205與第四減法器相連，所述帶直通比的SVPWM模塊210 輸出PWM控制信號。
[0031] 優選，所述帶直通比的SVPWM模塊210與全橋逆變電路103相連，所述太陽能光伏 陣列101與Z源網絡102相連，所述Z源網絡102與全橋逆變電路103相連，所述全橋逆變 電路103通過濾波電感Lf與三相電網連接。
[0032] 優選，所述Z源網絡102如圖2所示，其包括Z源網絡電容C1、C2和Z源網絡電感 Ll、L2,且Z源網絡電感L1的兩端分別與電容C1與C2的正極相連，Z源網絡電感L2的兩 端分別與電容C2與C1的負極相連。
[0033] 優選，各個坐標變換模塊如下：
[0034] C32坐標變換模塊212的坐標變換為：
[0035]
[0036] C坐標變換模塊213的坐標變換為：
[0037]
[0038] (T及C23坐標變換分別為C和C32變換的逆變換。
[0039] 需說明的是，Z源輸出電壓計算模塊208和并網電流控制模塊211均是現有技術， 其中并網電流控制模塊211將輸入的電流信號iabc;h進行C32和C坐標變換，獲得同步旋轉坐 標系下電流分量乂/與 <，再通過PI控制器解耦后，分別對有功電流id與無功電流i5進 行控制，輸出SVPWM調制信號ud與uq，PI控制器解耦方法為：
[0040]
[0041] 式中，&為PI控制器比例系數，K$PI控制器積分系數，s為復頻域變量，《為 電角度，LF為圖1中濾波器電感值,ed、eq分別為電網電壓在同步旋轉坐標系下分量，最后再 對信號叫與uq進行(T坐標變換，輸出兩相靜止坐標系下SVPWM調制信號ua與ue。
[0042] 相應的，一種單級式Z源光伏并網逆變器的統一控制方法，具體如下：
[0043] MPPT模塊207通過實時測量的光伏陣列輸出電壓UPV和電流IPV確定當前功率，并 尋求光伏陣列最大功率，獲得光伏陣列目標電壓盡;
[0044] 光伏電壓PI控制器206通過當前光伏陣列電壓心與以啲誤差，輸出直通比控 制信號D。至帶直通比的SVPWM模塊210;
[0045] 電網電壓采樣模塊204采集三相電網的實時電壓ea、eb、e。輸出至帶直通比的 SVPWM模塊210,并將A相實時電壓ea輸出至鎖相環模塊217;
[0046] 電網電流米樣模塊205米集二相電網的實時電流iab。并進行坐標變換后獲得有功 電流信號ip，獲得其直流分量同時，Z源輸出電壓峰值計算模塊208計算出Z源輸出端 電壓Uz，通過減法器與母線電壓設定值比較，將誤差輸入母線電壓PI控制器209,獲得 控制信號
[0047] &與A/J經過減法器處理后，經過坐標變換得到三相靜止坐標系下電流值iabrf， 1^與3相電網的實時電流iab。進行相減獲得無功電流與諧波電流總和iabc；h，將其輸入并網 電流控制模塊211，獲得SVPWM調制信號ua與up，并與帶直通比的SVPWM模塊210連接，形 成帶直通矢量的SVPWM，將輸出的統一控制PWM信號接入全橋逆變電路103,實現兼有諧波 和無