CN104578883A - 一种逆变器和其控制方法 - Google Patents
一种逆变器和其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104578883A CN104578883A CN201510052279.2A CN201510052279A CN104578883A CN 104578883 A CN104578883 A CN 104578883A CN 201510052279 A CN201510052279 A CN 201510052279A CN 104578883 A CN104578883 A CN 104578883A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- output voltage
- inverter
- input
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 43
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 35
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 11
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 2
- 241001269238 Data Species 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
- H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
-
- H02J3/383—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种逆变器和其控制方法。该逆变器包括：发电单元、直流-交流转换电路以及直流-交流转换控制电路；其中，发电单元包括直流母线电容；直流-交流转换电路包括依次连接的逆变功率电路和滤波电路；直流-交流转换控制电路包括母线电压采样电路、电感电流采样电路、输出电压采样电路和逆变及串联控制功能模块。逆变器可串联连接，由该逆变器串联组成的电网具有模块化和分布式程度高的特点；逆变器串联运行时，无需集中控制器和控制信号互连线即可实现有功和无功功率的合理分配。
Description
技术领域
本发明涉及电源转换装置领域，具体地，涉及一种逆变器和其控制方法。
背景技术
分布式发电系统中，新能源发电设备的接入方式直接影响系统发电效率。经过多年研究，国内外的研究人员提出了多种卓有成效的针对光伏并网发电的功率变换系统解决方案。根据功率等级、安装方式等，主要有集中式、串式、多串式、交流模块式、直流模块式和级联型H桥等结构。其中，交流模块式、直流模块式和级联型H桥结构可以实现组件级最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，因此受到了更为广泛的研究和关注。
将级联型H桥的结构应用至分布式光伏发电并网系统最早由S.A.Khajehoddin等学者在2007年提出并展开研究。基于该思想，申请公布号分别为“CN104124703”和“CN103337873”的中国发明专利申请，分别给出了级联型H桥在低压和高压光伏系统中的电压变换单元的具体实施电路。如图1所示，该逆变器包括第一电压变换单元、第二电压变换单元、……、第n电压变换单元，以及用于滤波的电感L1和L2。
文献“E.Villanueva,P.Correa,J.Rodriguez,and M.Pacas.Control of asingle phase cascaded H-bridge multilevel inverter for grid-connectedphotovoltaic systems.IEEE Transactions on Industrial Electronics.2009,56(11):4399-4406.”提出了针对级联型H桥结构的逆变器控制策略。但是，这种控制策略需要通过集中控制器对各H桥模块进行控制，故系统控制环节的分布式程度低。
另一方面，现有技术中，每个H桥模块并不包括交流滤波电路，故级联型H桥的并网结构本质上是一台逆变器，如图1所示。
有必要研究出一种具有控制环节分布式程度高、适合串联系统运行的逆变器及其控制方法。
发明内容
为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种具有控制环节分布式程度高、适合串联系统运行的逆变器及其控制方法。
根据本发明的一个方面，提供一种逆变器。其包括发电单元(10)、直流-交流转换电路(20)以及直流-交流转换控制电路(30)；
其中，所述发电单元(10)包括直流母线电容(102)；
所述直流-交流转换电路(20)包括依次连接的逆变功率电路(201)和滤波电路(202)，其中所述逆变功率电路(201)的输出端与所述滤波电路(202)的输入端连接，所述滤波电路(202)的输出端配置为接入电网或其他逆变器的滤波电路的输出端；
所述直流-交流转换控制电路(30)包括母线电压采样电路(301)、电感电流采样电路(302)、输出电压采样电路(303)和逆变及串联控制功能模块(304)，
所述母线电压采样电路(301)采样所述直流母线电容(102)的电压，所述电感电流采样电路(302)的输入端与所述逆变功率电路(201)的输出端连接，所述输出电压采样电路(303)分别采样所述逆变器的输出电压和电网电压，
所述逆变及串联控制功能模块(304)包括：母线电压调节器、相角计算单元、功率计算单元、输出电压调节器、第一无功功率调节器、电流基准相位调节器、电感电流控制单元、驱动信号产生单元、乘法单元、第一加法单元、第一减法单元、第二减法单元和第三减法单元，其中
所述母线电压采样电路(301)的输出端与第一减法单元的输入正端连接，第一减法单元的输入负端输入母线电压基准信号，第一减法单元的输出端与母线电压调节器的输入端连接，母线电压调节器的输出端与第一加法单元的一输入端连接，第一加法单元的另一输入端输入输出电压幅值基准信号，第一加法单元的输出端与乘法单元的一输入端连接，乘法单元的另一输入端与相角计算单元的输出端连接，相角计算单元的输入端与所述输出电压采样电路(303)的第一输出端连接，乘法单元的输出端与第二减法单元的输入正端连接，第二减法单元的输入负端与所述输出电压采样电路(303)的第二输出端连接，第二减法单元的输出端与输出电压调节器的输入端连接，输出电压调节器的输出端与电流基准相位调节器的一输入端连接，
功率计算单元的第一输入端和第二输入端分别连接所述电感电流采样电路(302)和所述输出电压采样电路(303)的第一输出端，第三减法单元的输入负端与功率计算单元的第一输出端连接，第三减法单元的输入正端接收总无功功率基准信号，第一无功功率调节器的输入端与第三减法单元的输出端连接，第一无功功率调节器的输出端与电流基准相位调节器的另一输入端连接，
电流基准相位调节器的输出端与电感电流控制单元的输入端连接，电感电流控制单元的输出端与驱动信号产生单元的输入端连接，驱动信号产生单元的输出端与所述逆变功率电路(201)连接。
根据本发明一个实施例，所述逆变及串联控制功能模块(304)还包括：第二无功功率调节器、第二加法单元和第四减法单元，并且所述乘法器与所述相角计算单元的连接经由第二加法单元，功率计算单元的第三输入端连接所述输出电压采样电路(303)的第二输出端，功率计算单元的第二输出端与第四减法单元的输入负端连接，第四减法单元的输入正端接收本机无功功率基准信号，第四减法单元的输出端与第二无功功率调节器的输入端连接，第二无功功率调节器的输出端与第二加法单元的一输入端连接。
根据本发明一个实施例，所述乘法单元的另一输入端与所述相角计算单元的输出端直接连接。
根据本发明一个实施例，所述发电单元(10)还包括多个串联的光伏组件。
根据本发明一个实施例，所述输出电压采样电路(303)包括采样电容或采样电阻。
根据本发明另一方面，还提供了一种上述逆变器的控制方法，包括：
测量直流母线电容电压，以得到直流母线电压反馈信号udf；
测量逆变器电感电流，以得到电感电流反馈信号iLf；
测量所述逆变器的输出电压，以得到输出电压反馈信号uof；
测量电网电压，以得到电网电压反馈信号ugf；
将直流母线电压反馈信号udf与母线电压基准信号udref相减，通过母线电压调节得到输出电压幅值调节量Δuo；
通过针对电网电压反馈信号ugf进行相角计算得到电网电压相角信号θg，根据输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和以及电网电压相角信号θg得到输出电压瞬时值基准信号uoref；
输出电压瞬时值基准信号uoref与输出电压反馈信号uof相减后，通过输出电压调节得到第一电感电流基准信号iLref1；
将电网电压反馈信号ugf、电感电流反馈信号iLf和逆变器串联台数N相乘后得到总无功功率反馈信号Qgf，总无功功率基准信号Qgref与总无功功率反馈信号Qgf相减后，通过无功功率调节得到电流基准相位偏移信号θL；
将电流基准相位偏移信号θL叠加至第一电感电流基准信号iLref1的相位中得到第二电感电流基准信号iLref2；以及
将第二电感电流基准信号iLref2转换成调制信号，并根据所述调制信号生成所述驱动信号，以驱动所述逆变器的逆变功率电路。
根据本发明一个实施例，所述得到输出电压瞬时值基准信号uoref的步骤包括：通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
根据本发明一个实施例，所述得到输出电压瞬时值基准信号uoref的步骤包括：将电感电流反馈信号iLf和输出电压反馈信号uof相乘后得到本机无功功率反馈信号Qof，本机无功功率基准Qoref与本机无功功率反馈信号Qof相减后，通过无功功率调节得到本机电压相位调节量Δθg；以及
通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg与本机电压相位调节量Δθg之和来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
本发明所提供的逆变器包含完整的直流-交流转换电路，该直流-交流转换电路中包括滤波电路。多台逆变器可以串联连接到电网中。各台逆变器输出电压的基波串联。因此该逆变器串联能够组成模块化和分布式程度高的电网系统。
当本发明所提供的逆变器串联运行时，各台逆变器仅有功率互连线，无需集中控制器和控制信号互连线即可实现有功和无功功率的合理分配。
在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1是根据现有技术的逆变器的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的逆变器的示意图；
图3是根据本发明一个实施例的串联光伏发电并网系统结构的示意图；
图4是根据本发明另一个实施例的逆变器的示意图；
图5是根据本发明又一个实施例的逆变器的示意图；
图6是根据本发明一个实施例的两台并网逆变器串联工作的电路结构示意图；以及
图7是根据本发明一个实施例的三台逆变器串联运行的输出波形图。
图中符号说明：
图1和图3中：PV1、PV2、PVn—第一、第二、第n光伏组件，Cdc1、Cdc2、Cdcn—第一、第二、第n直流母线电容。
图2、图4和图5中：10—发电单元，20、20”—直流-交流转换电路，30、30’—直流-交流转换控制电路，101—光伏组件，102—直流母线电容，201、201”—逆变功率电路，202、202”—滤波电路，301—母线电压采样电路，302—电感电流采样电路，303—输出电压采样电路，304、304’—逆变及串联控制功能模块，PV—光伏组件，Cdc—直流母线电容，S1～S4—第一至第四功率开关管，Lf1、Lf2—第一、第二滤波电感，Cf—滤波电容，udref—直流母线电压基准，udf—直流母线电压反馈信号，Δuo—输出电压幅值调节量，Uor—输出电压幅值基准，θg—电网电压相角信号，Δθg—本机电压相位调节量，uoref—输出电压瞬时值基准信号，uof—输出电压反馈信号，iLref1、iLref2—第一、第二电感电流基准信号，iLf—电感电流反馈信号，Qof—本机无功功率反馈信号，Qoref—本机无功功率基准，Qgf—总无功功率反馈信号，Qoref—总无功功率基准，θL—电流基准相位偏移信号。
图6中：11、12—第一、第二发电单元，21、22—第一、第二直流-交流转换电路，31、32—第一、第二直流-交流转换控制电路，211、221—第一、第二全桥并网逆变电路，212、222—第一、第二滤波电路，311、321—第一、第二母线电压采样电路，312、312—第一、第二电感电流采样电路，313、323—第一、第二输出电压采样电路，314、324—第一、第二逆变及串联控制功能模块，PV1、PV2—第一、第二光伏组件，Cdc1、Cdc2—第一、第二直流母线电容，L1、L2—第一、第二储能电感，SB1、SB2—第一、第二功率开关管，D1、D2—第一、第二功率二极管，S11～S14—第三至第六功率开关管，S21～S24—第七至第十功率开关管，Lf11、Lf12、Lf21、Lf22—第一至第四滤波电感，Cf1、Cf2—第一、第二滤波电容，Cg1、Cg2—第一、第二电网电压采样电容，udref1、udref2—第一、第二直流母线电压基准，udf1、udf2—第一、第二直流母线电压反馈信号，Δuo1、Δuo2—第一、第二输出电压幅值调节量，Uor1、Uor2—第一、第二输出电压幅值基准，θg1、θg2—第一、第二电网电压相角信号，Δθg1、Δθg2—第一、第二本机电压相位调节量，uoref1、uoref2—第一、第二输出电压瞬时值基准信号，uof1、uof2—第一、第二输出电压反馈信号，ugf1、ugf2—第一、第二电网电压反馈信号，iLf1、iLf2—第一、第二电感电流反馈信号，iLref11、iLref12、iLref21、iLref22—第一至第四电感电流基准信号，Qof1、Qof2—第一、第二本机无功功率反馈信号，Qoref1、Qoref2—第一、第二本机无功功率基准，Qgf1、Qgf2—第一、第二总无功功率反馈信号，Qgref1、Qgref2—第一、第二总无功功率基准，θL1、θL2—第一、第二电流基准相位偏移信号。
图7中：uo1、uo2、uo3—第一、第二、第三并网逆变器的输出电压，io—并网电流。
具体实施方式
在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
根据本发明一个方面，提供了一种逆变器。图2是根据本发明一个实施例的逆变器的示意图。如图2所示，该逆变器包括发电单元10、直流-交流转换电路20以及直流-交流转换控制电路30。
发电单元10包括依次连接的光伏组件串101、直流-直流变换器(未示出)和直流母线电容102。
直流-交流转换电路20包括依次连接的逆变功率电路201和滤波电路202。发电单元10中的光伏组件101的输出端依次与直流母线电容102和逆变功率电路201的输入端连接。逆变功率电路201的输出端与滤波电路202的输入端连接。滤波电路202的输出端配置为接入电网或其他逆变器的滤波电路的输出端。
图3是根据本发明一个具体实施例的串联光伏发电并网系统的示意图。如图所示，该系统包括第一逆变器、第二逆变器、……和第n逆变器。当逆变器为电网中的最边缘的逆变器时，例如图3中的第一逆变器和第n逆变器，逆变器的滤波电路202的一个输出端直接接入电网，另一个输出端连接其他逆变器的滤波器的输出端。当逆变器并非所串联的逆变器中的第一个和最后一个时，例如图3中的第二逆变器，其滤波电路202的输出端与其它并网逆变器输出端串接后接入电网。
再次回来参考图2，直流-交流转换控制电路30包括母线电压采样电路301、电感电流采样电路302、输出电压采样电路303和逆变及串联控制功能模块304。母线电压采样电路301的输入端与直流母线电容102连接，其采样直流母线电容102的电压，以得到直流母线电压反馈信号udf。电感电流采样电路302的输入端与逆变功率电路201的输出端连接，以得到电感电流反馈信号iLf。输出电压采样电路303分别采样逆变器的输出电压和电网电压，以得到输出电压反馈信号uof和电网电压反馈信号ugf。逆变及串联控制功能模块304的输入端连接母线电压采样电路301、电感电流采样电路302和输出电压采样电路303三者的输出端，逆变及串联控制功能模块304的输出端连接逆变功率电路201，以根据由母线电压采样电路301得到的直流母线电压反馈信号udf、由电感电流采样电路302得到的电感电流反馈信号iLf和由输出电压采样电路303得到的输出电压反馈信号uof和电网电压反馈信号ugf生成逆变功率电路201的驱动信号。
若仅有一台逆变器并网工作，输出电压反馈信号uof和电网电压反馈信号ugf相等。若有N台逆变器串联并网工作，N≥2，输出电压反馈信号uof和电网电压反馈信号ugf不相等，电网电压反馈信号ugf等于电网电压除以N。
图4示出了根据本发明另一具体实施例的逆变器。图4所示逆变器也包括图2的逆变器中已经示出的很多电路、元件，例如发电单元10和直流-交流转换电路20等。在图4中，以相同的附图标记来标明这些电路和元件。为了简洁，对这些电路和元件在此不再详细描述，本领域普通技术人员通过阅读上述内容，可以理解其连接方式、构成以及功能。
图4所示的逆变器中，逆变及串联控制功能模块304’可以包括：多个调节器、相角计算单元、功率计算单元、电感电流控制单元、驱动信号产生单元、乘法单元、第一加法单元、第一减法单元、第二减法单元和第三减法单元。上述调节器包括母线电压调节器、输出电压调节器、第一无功功率调节器和电流基准相位调节器。在具体实施例中，可以采用比例积分调节器来实现，特别是母线电压调节器和第一无功功率调节器。逆变器控制系统中滞后较小，负荷变化不大，工艺要求不能有余差，比例积分调节器成本较低，且能够更好地适应这些特点。在具体实施例中，可以采用比例谐振调节器来实现输出电压调节器。本领域普通技术人员可以理解，调节器的作用在于使得反馈信号跟踪给定输入信号，在此不再详细描述每个调节器的具体作用。
母线电压采样电路301的输出端与第一减法单元的输入正端连接，第一减法单元的输入负端输入母线电压基准信号udref，第一减法单元的输出端与母线电压调节器的输入端连接。母线电压调节器的输出端与第一加法单元的一输入端连接，第一加法单元的另一输入端输入输出电压幅值基准信号Uor，第一加法单元的输出端与乘法单元的一输入端连接。乘法单元的另一输入端与相角计算单元的输出端连接。相角计算单元的输入端与输出电压采样电路303的第一输出端连接。乘法单元的输出端与第二减法单元的输入正端连接，第二减法单元的输入负端与输出电压采样电路303的第二输出端连接，第二减法单元的输出端与输出电压调节器的输入端连接。输出电压调节器的输出端与电流基准相位调节器的一输入端连接。
功率计算单元的第一输入端和第二输入端分别连接电感电流采样电路302和输出电压采样电路303的第一输出端。第三减法单元的输入负端与功率计算单元的第一输出端连接，第三减法单元的输入正端接收总无功功率基准信号Qgref，第一无功功率调节器的输入端与第三减法单元的输出端连接。第一无功功率调节器的输出端与电流基准相位调节器的另一输入端连接。
电流基准相位调节器的输出端与电感电流控制单元的输入端连接。电感电流控制单元的输出端与驱动信号产生单元的输入端连接。驱动信号产生单元的输出端与逆变功率电路201连接。
本发明所提供的上述逆变器结构简单，实现容易。其可以串联运行在电网中，例如光伏发电并网系统中。每个所串联的逆变器都包含滤波电路。各台逆变器输出电压的基波串联。因此该逆变器串联能够组成模块化和分布式程度高的电网。各台逆变器仅有功率互连线，无需集中控制器和控制信号互连线即可实现有功和无功功率的合理分配。
根据图4所示的实施例的逆变器，逆变及串联控制功能模块304’还可以包括第二无功功率调节器、第二加法单元和第四减法单元。其中，乘法器与相角计算单元的连接经由第二加法单元。功率计算单元的第三输入端连接输出电压采样电路303的第二输出端，功率计算单元的第二输出端与第四减法单元的输入负端连接。第四减法单元的输入正端接收本机无功功率基准信号。第四减法单元的输出端与第二无功功率调节器的输入端连接。第二无功功率调节器的输出端与第二加法单元的一输入端连接。与第一无功功率调节器类似地，第二无功功率调节器也可以采用比例积分调节器来实现。这样，当逆变器串联运行时，各台并网逆变器的功率因数可以不同，从而提高系统容量的利用率。
虽然图4所示的逆变器中包括第二无功功率调节器、第二加法单元和第四减法单元，但是本发明所提供的逆变器也可以不包括这三个单元。其中，乘法单元的一个输入端直接与相角计算单元的输出端相连接。这样仍能够解决现有技术中的技术问题并实现功率因数统一的分布式逆变器控制。
图5示出了根据本发明又一个实施例的逆变器。图5所示逆变器也包括图2的逆变器中已经示出的很多电路、元件，例如发电单元10、直流-交流转换控制电路30等。在图5中，以相同的附图标记来标明这些电路和元件。为了简洁，对这些电路和元件在此不再详细描述，本领域普通技术人员通过阅读上述内容，可以理解其连接方式、构成以及功能。
在具体实施例中，直流-交流转换电路可采用多种电路拓扑。如图5所示，直流-交流转换电路20”采用单相全桥逆变器拓扑。逆变功率电路201”包括四个功率开关管S1、S2、S3和S4。
图5所示的逆变器中，滤波电路202”包括第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2以及与第一滤波电感Lf1和第二滤波电感Lf2同一端相连接的滤波电容Cr。第一滤波电感Lf1和第二滤波电感Lf2与滤波电容Cr连接的该端配置为连接电网或其他逆变器的滤波电路的电感。第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2的另一端均连接逆变功率电路201”。通过测量滤波电容Cr两端的电压即可得到逆变器的输出电压uof。
输出电压采样电路303可以包括采样电容，用于采样电网电压。当然，还可以采用采样电阻来采样电网电压。
在本发明的实施例中，发电单元10可以包括一个光伏组件或多个串联的光伏组件，后者可以称为光伏组件串。
根据本发明另一方面，还提供了一种上述逆变器的控制方法。该控制方法包括以下步骤。
S100，测量直流母线电容电压，以得到直流母线电压反馈信号udf。这可以采用上述母线电压采样电路来实现。
S200，测量逆变器电感电流，以得到电感电流反馈信号iLf。这可以采用上述电感电流采样电路来实现。
S300，测量逆变器的输出电压，以得到输出电压反馈信号uof。这可以采用上述输出电压采样电路来实现。
S400，测量电网电压，以得到电网电压反馈信号ugf。这同样可以采用上述输出电压采样电路来实现。
S500，根据直流母线电压反馈信号udf、电感电流反馈信号iLf、输出电压反馈信号uof和电网电压反馈信号ugf生成驱动信号，以驱动逆变器的逆变功率电路。这可以采用上述逆变及串联控制功能模块来实现。
本发明所提供的上述控制方法分布式程度高，无需集中控制器和控制信号互连线即可实现稳定控制。
根据本发明一个具体实施例，上述生成驱动信号的步骤可以包括以下步骤。
S510，将直流母线电压反馈信号udf与母线电压基准信号udref相减，通过母线电压调节器进行母线电压调节得到输出电压幅值调节量Δuo。
S520，通过针对电网电压反馈信号ugf进行相角计算得到电网电压相角信号θg。该步骤可以采用上述相角计算单元实现。然后，根据输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和以及电网电压相角信号θg得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
可选地，可以通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。在这种情况中，所串联的各台并网逆变器的功率因数相同，逆变器的输出电压与电网电压同相。
又可选地，还可以通过如下过程获得输出电压瞬时值基准信号uoref：首先，将电感电流反馈信号iLf和输出电压反馈信号uof相乘后得到本机无功功率反馈信号Qof。本机无功功率基准Qoref与本机无功功率反馈信号Qof相减后，通过第二无功功率调节器的无功功率调节得到本机电压相位调节量Δθg。然后，通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg与本机电压相位调节量Δθg之和来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
S530，输出电压瞬时值基准信号uoref与输出电压反馈信号uof相减后，通过输出电压调节器的输出电压调节得到第一电感电流基准信号iLref1。
S540，将电网电压反馈信号ugf、电感电流反馈信号iLf和逆变器串联台数N相乘后得到总无功功率反馈信号Qgf。总无功功率基准信号Qgref与总无功功率反馈信号Qgf相减后，通过第一无功功率调节器的无功功率调节得到电流基准相位偏移信号θL。
S550，利用电流基准相位调节器，将电流基准相位偏移信号θL叠加至第一电感电流基准信号iLref1的相位中得到第二电感电流基准信号iLref2。
S560，利用电感电流控制单元将第二电感电流基准信号iLref2转换成调制信号。该调制可以利用SPWM调制技术。驱动信号产生单元根据调制信号生成驱动信号。
本领域普通技术人员通过阅读上文关于逆变器的描述能够理解该控制方法的步骤、实现以及优点，因此这里不再赘述。
若有N台逆变器串联并网工作，N≥2，发电单元功率最高的逆变器输出电压幅值最大，发电单元功率最低的逆变器输出电压幅值最小。
图6所示是根据一个具体实施例的两台并网逆变器串联工作的电路拓扑。该电路结构中包括发电单元11和发电单元12，直流-交流转换电路21和直流-交流转换电路22，直流-交流转换控制电路31和直流-交流转换控制电路32。发电单元11和发电单元12中的PV1和PV2均为光伏组件串。每个光伏组件串的输出端均串接一个Boost DC/DC变换器组成发电单元后接入对应的直流母线。Boost DC/DC变换器对光伏组件串进行最大功率点跟踪，把光伏组件串发出的电能送入直流母线。直流-交流转换电路21和直流-交流转换电路22中的全桥并网逆变器211和全桥并网逆变器221、滤波电路212和滤波电路222分别将对应的直流母线上的电能逆变后并网。输出电压采样电路1和输出电压采样电路2所分别包括的电网电压的采样电容Cg1和Cg2的电容值相等，用来检测电网电压的幅值和相位。如之前所述，采样电容Cg1和Cg2可以由采样电阻替代。
下面以图6中的直流-交流转换电路21(包括：全桥并网逆变器211和滤波电路212)为例来介绍根据本发明该实施例的逆变器控制方法。
采用母线电压采样电路1得到第一直流母线电压反馈信号udf1。该信号与第一直流母线电压基准udref1相减后经过母线电压调节器1得到第一输出电压幅值调节量Δuo1。采用输出电压采样电路1分别得到第一输出电压反馈信号uof1和第一电网电压反馈信号ugf1。第一电网电压反馈信号ugf1通过相角计算单元1得到第一电网电压相角信号θg1。采用电感电流采样电路312测量逆变器电感电流得到第一电感电流反馈信号iLf1。第一功率计算单元将第一电感电流反馈信号iLf1和第一输出电压反馈信号uof1相乘后得到第一本机无功功率反馈信号Qof1。第一本机无功功率基准Qoref1与第一本机无功功率反馈信号Qof1相减后经过无功功率调节器12得到第一本机电压相位调节量Δθg1。第一输出电压幅值调节量Δuo1与第一输出电压幅值基准Uor1相加后与乘以第一电网电压相角信号θg1与第一本机电压相位调节量Δθg1之和作为第一输出电压瞬时值基准信号uoref1。第一输出电压瞬时值基准信号uoref1与第一输出电压反馈信号uof1相减后通过输出电压调节器1得到第一电感电流基准信号iLref11。功率计算单元1将第一电网电压反馈信号ugf1、第一电感电流反馈信号iLf1和串联台数2相乘后得到第一总无功功率反馈信号Qgf1。第一总无功功率基准Qgref1与第一总无功功率反馈信号Qgf1相减后通过无功功率调节器11得到第一电流基准相位偏移信号θL1。第一电流基准相位调节器将第一电流基准相位偏移信号θL1叠加至第一电感电流基准信号iLref11的相位中得到第二电感电流基准信号iLref12，再通过电感电流控制单元1和驱动信号产生单元1后得到全桥并网逆变器211的第三至第六功率开关管S11～S14的驱动信号。
直流-交流转换电路22的控制方法与直流-交流转换电路21的相同，为了简洁，不重复叙述。
若两并网逆变器输出的无功功率与输出的有功功率比值相同，则第一、第二本机电压相位调节量Δθg1、Δθg2均为零。此时，若发电单元11的功率大于发电单元12，则直流-交流转换电路21的输出电压幅值大于直流-交流转换电路22。若发电单元11的功率小于发电单元12，则直流-交流转换电路21的输出电压幅值小于直流-交流转换电路22。若发电单元11的功率等于发电单元12，则直流-交流转换电路21的输出电压幅值等于直流-交流转换电路22。直流-交流转换电路21和22的输出电压幅值之和等于电网电压，且与电网电压同相位。
若两直流-交流转换电路输出的无功功率与输出的有功功率比值不相同，则第一、第二本机电压相位调节量Δθg1、Δθg2均不为零。此时，各直流-交流转换电路输出电压相位不同相；各直流-交流转换电路输出无功功率可单独调节。
图7是采用单相全桥逆变器拓扑的三台逆变器串联运行的相关输出波形图。三台逆变器输出有功功率依次分别为75W、100W、125W，输出无功功率均为0Var。因此，各台逆变器的输出电压满足以下关系：第一并网逆变器输出电压uo1最小、第二并网逆变器输出电压uo2其次、第三并网逆变器输出电压uo3最大，验证了本发明可串联工作的并网逆变器及其控制方法的正确性。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (8)
1.一种逆变器，包括：发电单元(10)、直流-交流转换电路(20)以及直流-交流转换控制电路(30)；
其中，所述发电单元(10)包括直流母线电容(102)；
所述直流-交流转换电路(20)包括依次连接的逆变功率电路(201)和滤波电路(202)，其中所述逆变功率电路(201)的输出端与所述滤波电路(202)的输入端连接，所述滤波电路(202)的输出端配置为接入电网或其他逆变器的滤波电路的输出端；
所述直流-交流转换控制电路(30)包括母线电压采样电路(301)、电感电流采样电路(302)、输出电压采样电路(303)和逆变及串联控制功能模块(304)，
所述母线电压采样电路(301)采样所述直流母线电容(102)的电压，所述电感电流采样电路(302)的输入端与所述逆变功率电路(201)的输出端连接，所述输出电压采样电路(303)分别采样所述逆变器的输出电压和电网电压，
所述逆变及串联控制功能模块(304)包括：母线电压调节器、相角计算单元、功率计算单元、输出电压调节器、第一无功功率调节器、电流基准相位调节器、电感电流控制单元、驱动信号产生单元、乘法单元、第一加法单元、第一减法单元、第二减法单元和第三减法单元，其中
所述母线电压采样电路(301)的输出端与第一减法单元的输入正端连接，第一减法单元的输入负端输入母线电压基准信号，第一减法单元的输出端与母线电压调节器的输入端连接，母线电压调节器的输出端与第一加法单元的一输入端连接，第一加法单元的另一输入端输入输出电压幅值基准信号，第一加法单元的输出端与乘法单元的一输入端连接，乘法单元的另一输入端与相角计算单元的输出端连接，相角计算单元的输入端与所述输出电压采样电路(303)的第一输出端连接，乘法单元的输出端与第二减法单元的输入正端连接，第二减法单元的输入负端与所述输出电压采样电路(303)的第二输出端连接，第二减法单元的输出端与输出电压调节器的输入端连接，输出电压调节器的输出端与电流基准相位调节器的一输入端连接，
功率计算单元的第一输入端和第二输入端分别连接所述电感电流采样电路(302)和所述输出电压采样电路(303)的第一输出端，第三减法单元的输入负端与功率计算单元的第一输出端连接，第三减法单元的输入正端接收总无功功率基准信号，第一无功功率调节器的输入端与第三减法单元的输出端连接，第一无功功率调节器的输出端与电流基准相位调节器的另一输入端连接，
电流基准相位调节器的输出端与电感电流控制单元的输入端连接，电感电流控制单元的输出端与驱动信号产生单元的输入端连接，驱动信号产生单元的输出端与所述逆变功率电路(201)连接。
2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述逆变及串联控制功能模块(304)还包括：第二无功功率调节器、第二加法单元和第四减法单元，并且所述乘法器与所述相角计算单元的连接经由第二加法单元，功率计算单元的第三输入端连接所述输出电压采样电路(303)的第二输出端，功率计算单元的第二输出端与第四减法单元的输入负端连接，第四减法单元的输入正端接收本机无功功率基准信号，第四减法单元的输出端与第二无功功率调节器的输入端连接，第二无功功率调节器的输出端与第二加法单元的一输入端连接。
3.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述乘法单元的另一输入端与所述相角计算单元的输出端直接连接。
4.如权利要求1至3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述发电单元(10)还包括多个串联的光伏组件。
5.如权利要求1至3任一项所述的逆变器，其特征在于，所述输出电压采样电路(303)包括采样电容或采样电阻。
6.一种权利要求1所述逆变器的控制方法，包括：
测量直流母线电容电压，以得到直流母线电压反馈信号udf；
测量逆变器电感电流，以得到电感电流反馈信号iLf；
测量所述逆变器的输出电压，以得到输出电压反馈信号uof；
测量电网电压，以得到电网电压反馈信号ugf；
将直流母线电压反馈信号udf与母线电压基准信号udref相减，通过母线电压调节得到输出电压幅值调节量Δuo；
通过针对电网电压反馈信号ugf进行相角计算得到电网电压相角信号θg，根据输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和以及电网电压相角信号θg得到输出电压瞬时值基准信号uoref；
输出电压瞬时值基准信号uoref与输出电压反馈信号uof相减后，通过输出电压调节得到第一电感电流基准信号iLref1；
将电网电压反馈信号ugf、电感电流反馈信号iLf和逆变器串联台数N相乘后得到总无功功率反馈信号Qgf，总无功功率基准信号Qgref与总无功功率反馈信号Qgf相减后，通过无功功率调节得到电流基准相位偏移信号θL；
将电流基准相位偏移信号θL叠加至第一电感电流基准信号iLref1的相位中得到第二电感电流基准信号iLref2；以及
将第二电感电流基准信号iLref2转换成调制信号，并根据所述调制信号生成所述驱动信号，以驱动所述逆变器的逆变功率电路。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述得到输出电压瞬时值基准信号uoref的步骤包括：
通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述得到输出电压瞬时值基准信号uoref的步骤包括：
将电感电流反馈信号iLf和输出电压反馈信号uof相乘后得到本机无功功率反馈信号Qof，本机无功功率基准Qoref与本机无功功率反馈信号Qof相减后，通过无功功率调节得到本机电压相位调节量Δθg；以及
通过将输出电压幅值调节量Δuo与输出电压幅值基准信号Uor相加之和乘以电网电压相角信号θg与本机电压相位调节量Δθg之和来得到输出电压瞬时值基准信号uoref。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510052279.2A CN104578883B (zh) | 2015-01-31 | 2015-01-31 | 一种逆变器和其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510052279.2A CN104578883B (zh) | 2015-01-31 | 2015-01-31 | 一种逆变器和其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104578883A true CN104578883A (zh) | 2015-04-29 |
| CN104578883B CN104578883B (zh) | 2016-12-28 |
Family
ID=53094261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510052279.2A Active CN104578883B (zh) | 2015-01-31 | 2015-01-31 | 一种逆变器和其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104578883B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111092559A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种单相并网逆变器并离网切换控制方法及装置 |
| CN111446735A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 清华大学 | 用于光伏中压集散系统的控制系统及方法 |
| CN114629365A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-14 | 苏州玮晟智能科技有限公司 | 一种逆变器功率控制方法 |
| CN115808582A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-17 | 深圳市索源科技有限公司 | 一种逆变器负载检测电路 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980436A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-02-23 | 南京航空航天大学 | 一种光伏并网逆变器装置及提高其转换效率的控制方法 |
-
2015
- 2015-01-31 CN CN201510052279.2A patent/CN104578883B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980436A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-02-23 | 南京航空航天大学 | 一种光伏并网逆变器装置及提高其转换效率的控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LI ZHANG等: "A System-Level Control Strategy of Photovoltaic Grid-Tied Generation Systems for European Efficiency Enhancement", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》 * |
| 张犁等: "模块化光伏并网系统欧洲效率优化控制方法", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111092559A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种单相并网逆变器并离网切换控制方法及装置 |
| CN111446735A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 清华大学 | 用于光伏中压集散系统的控制系统及方法 |
| US11770008B2 (en) | 2020-04-07 | 2023-09-26 | Tsinghua University | Control system and method for medium-voltage photovoltaic distribution system |
| CN114629365A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-14 | 苏州玮晟智能科技有限公司 | 一种逆变器功率控制方法 |
| CN115808582A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-17 | 深圳市索源科技有限公司 | 一种逆变器负载检测电路 |
| CN115808582B (zh) * | 2022-11-21 | 2023-12-26 | 深圳市索源科技有限公司 | 一种逆变器负载检测电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104578883B (zh) | 2016-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2856598B1 (en) | Input ac voltage control bi-directional power converters | |
| US9490724B2 (en) | Methods for controlling electrical inverters and electrical inverters and systems using the same | |
| CN103296693B (zh) | 用于控制并网转换器的方法和设备 | |
| CN111740455B (zh) | 一种交流不平衡电压与直流脉动电压统一补偿的母线接口变换器控制方法 | |
| TWI524648B (zh) | 疊接橋式直流／交流電力轉換方法及其裝置 | |
| CN103312184B (zh) | 一种功率电路、变流器结构及其风力发电系统 | |
| CN110350792B (zh) | 一种直流变流器的功率主从控制方法 | |
| KR101248593B1 (ko) | 무효전력 보상 기능의 태양광 발전시스템 및 그 운용 방법 | |
| CN204103797U (zh) | 一种准z源三电平t型逆变器 | |
| CN104638676B (zh) | 一种交流串联光伏发电并网系统及其控制系统和方法 | |
| US11770008B2 (en) | Control system and method for medium-voltage photovoltaic distribution system | |
| Singh et al. | Single‐phase solar grid‐interfaced system with active filtering using adaptive linear combiner filter‐based control scheme | |
| CN105379096A (zh) | 有关将电力从dc电力线分接到ac电力线的布置、方法和计算机程序产品 | |
| CN111953223B (zh) | 一种三相四线制三电平变流器中点电压平衡方法 | |
| Rastogi et al. | Performance investigation of two-level reduced-switch D-STATCOM in grid-tied solar-PV array with stepped P&O MPPT algorithm and modified SRF strategy | |
| CN111740454A (zh) | 一种基于母线接口变换器的混合微电网交直流电压统一控制方法 | |
| CN104578883A (zh) | 一种逆变器和其控制方法 | |
| CN107370187A (zh) | 一种光伏微电网系统和光伏微电网系统控制方法 | |
| CN205195587U (zh) | 光伏并网变换器、光伏供电系统和电器 | |
| CN103248210B (zh) | 一种用于减小直流侧电压二次波动的功率同步控制方法 | |
| CN110858754A (zh) | 一种mmc型能量路由器的两级控制方法及系统 | |
| CN105337520A (zh) | 光伏并网变换器、光伏供电系统和电器 | |
| CN105356512B (zh) | 一种级联型光伏逆变器及其并网控制方法与控制器 | |
| KR101351067B1 (ko) | 기수 고조파 저감 방식을 이용한 계통 연계 인버터 전류제어 시스템 및 장치 | |
| CN112134469A (zh) | 一种适用于大功率和超大功率电解水制氢的电源装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |