CN103944193A - 一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统及方法 - Google Patents

一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于光伏并网发电领域，尤其涉及一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统及方法。在本发明实施例中，本模块化光伏并网逆变器并联控制系统能够很好地跟踪太阳能光伏阵列的最大功率，避免逆变器模块之间跟踪不同步问题，同样由第一控制单元统一发送电流参考值给第二控制单元，由第二控制单元控制逆变器模块输出电流，从而实现逆变器模块之间的均流，并且由第一控制单元统一发送频率扰动量和频率扰动方向给第二控制单元，能够防止逆变器模块之间扰动不同步的问题。

Description

一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统及方法
技术领域
本发明属于光伏并网发电领域，尤其涉及一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统及方法。
背景技术
当前，随着传统能源的日渐紧张，新能源的开发越来越被重视，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源受到了各国的青睐。随着电力电子技术的发展，太阳能光伏逆变器得到了飞速的发展，目前在全世界范围内已经形成了相当的规模。
目前，市场上的光伏并网逆变器有一体式的和模块化两种，其中模块化的光伏逆变器体积小、成本低、维护方便。
图1为一种模块化光伏并网逆变器的结构，包括一个或多个并联的逆变器模块，逆变器模块的输入端接太阳能光伏阵列，输出端通过隔离变压器接入电网，上述系统采用模块化的设计，方便扩容和更新维护。
但是，现在针对上述模块化光伏并网逆变器的控制系统存在无法解决逆变器模块之间的均流、最大功率跟踪和孤岛防护一致性的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统，旨在解决现在模块化光伏并网逆变器的控制系统存在无法解决逆变器模块之间的均流、最大功率跟踪和孤岛防护一致性的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统，分别与太阳能光伏阵列以及逆变器模块连接，所述系统包括：
第一控制单元；
第二控制单元，用于嵌入在所述逆变器模块中，控制逆变器模块输出电流；以及
连接两控制单元的串行通信系统；
所述第一控制单元包括：
第一检测模块、最大功率跟踪模块、电压控制模块、防孤岛检测模块以及第一通信模块；
第一检测模块，用于检测系统的输入电压和三相电网电压；
最大功率跟踪模块，用于根据第二控制单元输出的输入功率值，以及第一检测模块检测的输入电压，完成对太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到下一时刻输入电压参考值ud_ref；
电压控制模块，与所述太阳能光伏阵列连接，用于根据最大功率跟踪模块得到的输入电压参考值ud_ref来控制系统的输入电压，使得输入电压跟踪电压参考值，输出电流参考值id_ref；
防孤岛检测模块，用于采用频率扰动检测方法，周期性地进行频率扰动，计算扰动前后频率误差，计算出下一时刻的扰动量和扰动方向；
第一通信模块,用于将所述电流参考值id_ref、扰动量和扰动方向发送给所述第二控制单元；
所述第二控制单元，还用于将所述扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动，所述第二控制单元包括：
第二检测模块、电流控制模块和第二通信模块；
第二检测模块，用于检测逆变器模块的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过所述串行通信系统传送给所述第一控制单元；
电流控制模块，用于根据所述第一控制单元输出的电流参考值id_ref，控制所述逆变器模块的输出电流；
第二通信模块，用于将所述输入功率值传送给所述第一控制单元。
本发明实施例的另一目的在于提供一种基于如上述的模块化光伏并网逆变器并联控制系统的控制方法，所述方法包括：
所述第二控制单元检测逆变器模块的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过串行通信系统传送给第一控制单元；
所述第一控制单元接收第二控制单元传送的输入功率值，完成对所述太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到输入电压参考值ud_ref，并控制系统的输入电压，输出电流参考值id_ref，第一控制单元进行防孤岛检测，输出频率的扰动量和扰动方向，并发送给所述第二控制单元；
所述第二控制单元根据第一控制单元发送的电流参考值id_ref，通过电流控制环路，控制所述逆变器模块的输出电流；
所述第二控制单元根据第一控制单元发送的输出频率的扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动。
在本发明实施例中，本模块化光伏并网逆变器并联控制系统能够很好地跟踪太阳能光伏阵列的最大功率，避免逆变器模块之间跟踪不同步问题，同样由第一控制单元统一发送电流参考值给第二控制单元，由第二控制单元控制逆变器模块输出电流，从而实现逆变器模块之间的均流，并且由第一控制单元统一发送频率扰动量和频率扰动方向给第二控制单元，能够防止逆变器模块之间扰动不同步的问题。
附图说明
图1是现有的模块化光伏并网逆变器的结构图；
图2是本发明实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制系统的结构图；
图3是本发明实施例提供的第一控制单元和第二控制单元的结构图；
图4是本发明第一实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程图；
图5是本发明第二实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程图；
图6是本发明第三实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统1，分别与太阳能光伏阵列2以及逆变器模块3连接，模块化光伏并网逆变器并联控制系统1包括：
第一控制单元101；
第二控制单元102，用于嵌入在逆变器模块3中，控制逆变器模块3输出电流；以及
连接两控制单元的串行通信系统103。
图3示出了本发明实施例提供的第一控制单元和第二控制单元的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
第一控制单元101包括：
第一检测模块1011、最大功率跟踪模块1012、电压控制模块1013、防孤岛检测模块1014以及第一通信模块1015；
第一检测模块1011，用于检测系统的输入电压和三相电网电压；
最大功率跟踪模块1012，用于根据第二控制单元102输出的输入功率值，以及第一检测模块1011检测的输入电压，完成对太阳能光伏阵列2的最大功率点跟踪，得到下一时刻输入电压参考值ud_ref；
电压控制模块1013，与太阳能光伏阵列2连接，用于根据最大功率跟踪模块1012得到的输入电压参考值ud_ref来控制系统的输入电压，使得输入电压跟踪电压参考值，输出电流参考值id_ref；
防孤岛检测单元1014，用于采用频率扰动检测方法，周期性地进行频率扰动，计算扰动前后频率误差，计算出下一时刻的扰动量和扰动方向；
第一通信模块1015，用于将所述电流参考值id_ref、扰动量和扰动方向发送给第二控制单元102。
第二控制单元102，还用于将扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动，第二控制单元102包括：
第二检测模块1021、电流控制模块1022和第二通信模块1023；
第二检测模块1021，用于检测逆变器模块3的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过串行通信系统103传送给第一控制单元101；
电流控制模块1022，用于根据第一控制单元101输出的电流参考值id_ref，控制逆变器模块3的输出电流；
第二通信模块1023，用于将输入功率值传送给第一控制单元101。
作为本发明一实施例，电流控制模块1022包括PI控制器和重复控制器，重复控制器可以更好的控制谐波分量扰动，具有更好的并网电流控制效果。
其中，PI控制器包括：
控制正序d轴电流的第一PI控制器；
控制正序q轴电流的第二PI控制器；
控制负序d轴电流的第三PI控制器；
控制负序q轴电流的第四PI控制器。
作为本发明一实施例，串行通信系统103包括RS485、RS232或CAN。
图4示出了本发明第一实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
一种基于上述的模块化光伏并网逆变器并联控制系统1的控制方法，控制方法包括如下步骤：
在步骤S1中，第二控制单元102检测逆变器模块3的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过串行通信系统103传送给第一控制单元101；
在步骤S2中，第一控制单元101接收第二控制单元102传送的输入功率值，完成对太阳能光伏阵列2的最大功率点跟踪，得到输入电压参考值ud_ref，并控制系统的输入电压，输出电流参考值id_ref，第一控制单元101进行防孤岛检测，输出频率的扰动量和扰动方向，并发送给第二控制单元102；
其中，频率的扰动量为k*ef，其中ef为频率扰动前后的误差，k为放大系数，k取值大于1，对频率误差进行放大，如果孤岛发生，则形成正反馈，最终频率异常保护。
在步骤S3中，第二控制单元102根据第一控制单元101发送的电流参考值id_ref，通过电流控制环路，控制逆变器模块3的输出电流；
在步骤S4中，第二控制单元102根据第一控制单元101发送的输出频率的扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动。
图5示出了本发明第二实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
作为本发明一实施例，步骤S2具体包括：
在步骤S201中，第一检测模块1011检测系统的输入电压、三相电网电压和输出电流，并进行锁相处理，计算电网频率和输入电压相位；
在步骤S202中，第一通信模块1015接收第二控制单元102输出的输入功率值，计算总的输入功率值；
在步骤S203中，最大功率跟踪模块1012根据第二控制单元102输出的输入功率值，以及第一检测模块1011检测的输入电压，完成对太阳能光伏阵列2的最大功率点跟踪，得到下一时刻输入电压参考值ud_ref；
在步骤S204中，电压控制模块1013根据输入电压参考值ud_ref来控制系统的输入电压，使得输入电压跟踪电压参考值，输出电流参考值id_ref；
在步骤S205中，防孤岛检测模块1014采用频率扰动检测方法，周期性地进行频率扰动，计算扰动前后频率误差，计算出下一时刻的扰动量和扰动方向；
在步骤S206中，第一通信模块1015将电流参考值id_ref、扰动量和扰动方向发送给第二控制单元102。
图6示出了本发明第三实施例提供的模块化光伏并网逆变器并联控制方法的流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
作为本发明一实施例，步骤S3具体包括：
在步骤S301中，第二检测模块1021检测逆变器模块3的输入电压和输入电流；
在步骤S302中，电流控制模块1022根据第一控制单元101输出的电流参考值id_ref以及第二检测模块1021检测的模拟量，控制逆变器模块3的输出电流。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的步骤或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明实施例中，本模块化光伏并网逆变器并联控制系统能够很好地跟踪太阳能光伏阵列的最大功率，避免逆变器模块之间跟踪不同步问题，同样由第一控制单元统一发送电流参考值给第二控制单元，由第二控制单元控制逆变器模块输出电流，从而实现逆变器模块之间的均流，并且由第一控制单元统一发送频率扰动量和频率扰动方向给第二控制单元，能够防止逆变器模块之间扰动不同步的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模块化光伏并网逆变器并联控制系统，分别与太阳能光伏阵列以及逆变器模块连接，其特征在于，所述系统包括：
第一控制单元；
第二控制单元，用于嵌入在所述逆变器模块中，控制逆变器模块输出电流；以及
连接两控制单元的串行通信系统；
所述第一控制单元包括：
第一检测模块、最大功率跟踪模块、电压控制模块、防孤岛检测模块以及第一通信模块；
第一检测模块，用于检测系统的输入电压和三相电网电压；
最大功率跟踪模块，用于根据第二控制单元输出的输入功率值，以及第一检测模块检测的输入电压，完成对太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到下一时刻输入电压参考值ud_ref；
电压控制模块，与所述太阳能光伏阵列连接，用于根据最大功率跟踪模块得到的输入电压参考值ud_ref来控制系统的输入电压，使得输入电压跟踪电压参考值，输出电流参考值id_ref；
防孤岛检测模块，用于采用频率扰动检测方法，周期性地进行频率扰动，计算扰动前后频率误差，计算出下一时刻的扰动量和扰动方向；
第一通信模块,用于将所述电流参考值id_ref、扰动量和扰动方向发送给所述第二控制单元；
所述第二控制单元，还用于将所述扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动，所述第二控制单元包括：
第二检测模块、电流控制模块和第二通信模块；
第二检测模块，用于检测逆变器模块的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过所述串行通信系统传送给所述第一控制单元；
电流控制模块，用于根据所述第一控制单元输出的电流参考值id_ref，控制所述逆变器模块的输出电流；
第二通信模块，用于将所述输入功率值传送给所述第一控制单元。
2.如权利要求1所述的模块化光伏并网逆变器并联控制系统，其特征在于，所述电流控制模块包括PI控制器和重复控制器；
所述PI控制器包括：
控制正序d轴电流的第一PI控制器；
控制正序q轴电流的第二PI控制器；
控制负序d轴电流的第三PI控制器；
控制负序q轴电流的第四PI控制器。
3.如权利要求1所述的模块化光伏并网逆变器并联控制系统，其特征在于，所述串行通信系统包括RS485、RS232或CAN。
4.一种基于如权利要求1所述的模块化光伏并网逆变器并联控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
所述第二控制单元检测逆变器模块的输入电压和输入电流，计算输入功率值，并将输入功率值通过串行通信系统传送给第一控制单元；
所述第一控制单元接收第二控制单元传送的输入功率值，完成对所述太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到输入电压参考值ud_ref，并控制系统的输入电压，输出电流参考值id_ref，第一控制单元进行防孤岛检测，输出频率的扰动量和扰动方向，并发送给所述第二控制单元；
所述第二控制单元根据第一控制单元发送的电流参考值id_ref，通过电流控制环路，控制所述逆变器模块的输出电流；
所述第二控制单元根据第一控制单元发送的输出频率的扰动量和扰动方向，加入到锁相环路，进行频率的扰动。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第一控制单元接收第二控制单元传送的输入功率值，完成对所述太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到输入电压参考值ud_ref，并控制系统的输入电压，输出电流参考值id_ref，第一控制单元进行防孤岛检测，输出频率的扰动量和扰动方向，并发送给所述第二控制单元的步骤，具体包括：
所述第一检测模块检测系统的输入电压、三相电网电压和输出电流，并进行锁相处理，计算电网频率和输入电压相位；
所述第一通信模块接收所述第二控制单元输出的输入功率值，计算总的输入功率值；
所述最大功率跟踪模块根据第二控制单元输出的输入功率值，以及第一检测模块检测的输入电压，完成对所述太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪，得到下一时刻输入电压参考值ud_ref；
所述电压控制模块根据所述输入电压参考值ud_ref来控制系统的输入电压，使得输入电压跟踪电压参考值，输出电流参考值id_ref；
所述防孤岛检测模块采用频率扰动检测方法，周期性地进行频率扰动，计算扰动前后频率误差，计算出下一时刻的扰动量和扰动方向；
所述第一通信模块将所述电流参考值id_ref、扰动量和扰动方向发送给所述第二控制单元。
6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第二控制单元根据第一控制单元发送的电流参考值id_ref，通过电流控制环路，控制所述逆变器模块的输出电流的步骤，具体包括：
所述第二检测模块检测逆变器模块的输入电压和输入电流；
所述电流控制模块根据所述第一控制单元输出的电流参考值id_ref以及第二检测模块检测的模拟量，控制所述逆变器模块的输出电流。
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