CN108631364A - 一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法，包括软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元，所述的软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元依次连接，所述的策略控制单元为电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中的一种；本发明在不改变原有硬件架构的基础上，通过计算机软件调整使逆变器能够同时兼容光伏电池组件、蓄电池组、电压型直流电源、电流型直流电源等多种电源；光伏并网逆变器通过改变MPPT控制策略，节约了模拟器成本，提高了逆变器的利用率，也延长了使用寿命；本发明操作过程简单，适应性较强。

Description

一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法

技术领域

本发明创造属于光伏逆变器领域，尤其是涉及一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法。

背景技术

光伏逆变器的输入端一般为光伏电池板组件或蓄电池组(1)光伏电池板(PV)具有电流源特性，随着输入电压降低输出电流增大，直至电池板的短路电流，光伏电池板是可以直接短路的；(2)蓄电池组、恒压型直流源输出电压是恒定的，随输出电流增大端口电压基本不变，不可直接短路。(3)恒流型直流电源一般工作在某一恒流值下，电流和电压没有直接的关系。

由于上述几种电源的特性不同，一般的光伏并网逆变器只能接电池板组件，在接其余类型的电源时不能正常工作甚至出现硬件损坏。光伏并网逆变器在调试过程中一般采用电池板模拟器模拟电池板的特性。然而电池板模拟器造价较高，且转换效率偏低，在大批量老化环节一般不适合使用。目前在光伏并网逆变器生产老化环节一般采用单独的适应某种直流源的老化程序，在老化结束时切换到正式的程序的方式。该方式操作过程相对繁琐，且适应性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种能够适应光伏电池板、蓄电池组、恒压型直流电源、恒流型直流电源等多种形式电源输入的兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，包括软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元，所述的软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元依次数据连接，所述的策略控制单元选择为电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中的一种。

进一步，所述的软启动单元为采用输入电流启动的软启动器。

进一步，所述的输入源识别单元设置在MPPT太阳能控制器。

进一步，所述的策略控制单元设置在BOOST升波斩压转换电路。

一种应用如兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统的方法，包括如下步骤：

(1)光伏逆变器在符合输入输出的并网条件后，输入源进入所述的软启动单元。

(2)软启动结束以后，根据软启动过程中输入源的电压、电流以及功率的变化情况，通过所述的输入源识别单元判断输入源类别。

(3)策略控制单元根据所述的识别单元判断的输入源，响应电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中一种控制策略控制单元。

进一步，步骤(2)所述的输入源识别单元判断输入源类别的方法包括如下步骤：

(21)输入电流的指令值由零逐渐增大到逆变器允许通过的最大电流值(22)当电流指令值可以达到步骤(21)所述的最大电流值，或当电流指令值没有达到步骤(21)所述的最大电流值，且输入电流变化小于设定值，则软启动完成；

(23)软启动过程中，输入电压变化值小于设定值则步骤(2)输入源识别单元判断输入源为电压源；

(24)当输入电压变化值大于设定值时，输入源的功率呈增大趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断其为电流源；输入源的功率呈先增大后减小趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断为PV光伏源。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统和方法具有以下优势：

本发明该在不改变原有硬件架构的基础上，通过计算机软件调整使逆变器能够同时兼容光伏电池组件、蓄电池组、电压型直流电源、电流型直流电源等多种电源；光伏并网逆变器通过改变MPPT控制策略，节约了模拟器成本，提高了逆变器的利用率，也延长了使用寿命；本发明操作过程简单，适应性较强。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1本发明实施例所述的PV光伏源电流电压特性图；

图2、本发明实施例所述的电压源电流电压特性；

图3、本发明实施例所述的电流源电流电压特性；

图4、本发明实施例所述的系统总控制框图；

图5、本发明实施例所述的识别逻辑流程图；

图6、本发明实施例所述的PV光伏源控制策略图；

图7、本发明实施例所述的电流源控制策略图；

图8、本发明实施例所述的电压源控制策略图；

图9、本发明实施例所述的逆变器系统框图；

图10本发明实施例所述的逆变器后级等效电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，包括软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元，所述的软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元依次连接，所述的策略控制单元为电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中的一种。

所述的软启动单元采用输入电流启动的软启动器。

一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，包括软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元，所述的软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元依次数据连接，所述的策略控制单元选择为电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中的一种。

所述的软启动单元为采用输入电流启动的软启动器。

所述的输入源识别单元设置在MPPT太阳能控制器。

所述的策略控制单元设置在BOOST升波斩压转换电路。

一种应用如兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统的方法，包括如下步骤：

(1)光伏逆变器在符合输入输出的并网条件后，输入源进入所述的软启动单元。

(2)软启动结束以后，根据软启动过程中输入源的电压、电流以及功率的变化情况，通过所述的输入源识别单元判断输入源类别。

(3)策略控制单元根据所述的识别单元判断的输入源，响应电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中一种控制策略控制单元。

步骤(2)所述的输入源识别单元判断输入源类别的方法包括如下步骤：

(21)输入电流的指令值由零逐渐增大到逆变器允许通过的最大电流值(22)当电流指令值可以达到步骤(21)所述的最大电流值，或当电流指令值没有步骤(21)所述的最大电流值，且输入电流变化小于设定值，则软启动完成；

(23)软启动过程中，输入电压变化值小于设定值则步骤(2)输入源识别单元判断输入源为电压源；

(24)当输入电压变化值大于设定值时，输入源的功率呈增大趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断其为电流源；输入源的功率呈先增大后减小趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断为PV光伏源。

本发明具体的工作原理：

本发明提出一种能够兼容多种特性的直流源输入的光伏逆变器的控制策略。如图9所示，依据现有光伏逆变器的两级结构：前级为boost升压斩波转换电路，主要实现MPPT太阳能放电控制功能；后级为全桥逆变器，主要实现DC/AC变换；前级负责把电池板输入的能量输送到Dc-link电容，后级负责把Dc-link电容能量输送到电网。本发明的创造点主要围绕于MPPT控制策略，如图10所示，后级的全桥逆变器及电网等效为可调电阻以便于分析理解，此处的可调电阻可以根据前级输入的能量自动调节，即可以消纳前级输入的任何大小的能量。

本发明的系统控制策略如图4所示，逆变器在满足输入输出的并网条件后开始启动，进入软起过程。软起策略采用输入电流软起的方式，这样能够保证在不同特性的输入电源的情况下逆变器的安全性。在软起过程中根据输入的电压、电流以及功率的变化情况判断输入源的特性。输入源特性判断完毕后逆变器会自动切换控制策略，使逆变器工作在安全稳定的状态之下。

如图5所示为软起过程流程图，首先逆变器启动后采用电流闭环控制，电流指令值由0到Imax逐渐增大，其中Imax为逆变器输入允许的最大电流值。如果电流可以达到Imax说明输入源的功率比较大，同时软起过程结束。达到Imax过程中如果输入软电压变化较小、且比设定值U小则说明输入为电压源，电压源特性如图2所示。如果电流达不到Imax且输入源基本进入恒流区(输入电流变化率小于设定值)则软起结束。因为理想的恒流源是不允许开路的，一般的恒流源在进入恒流区之前表现的是电压源特性，在进入恒流区后的是电流源特性。根据这个特征恒流源在软起至恒流区之前端口电压几乎是不变的，且功率一致在增大。而PV源则随着电流增大电压是逐渐减小的，且功率是先增大后减小的趋势。如图1、3所示，基于以上两个特征可以判断输入源是恒流特性还是PV源特性。

为了便于灵活控制，逆变器可以通过液晶界面或者通讯端口设定电流设定值Iset和电压设定值Uset。这样可以在电压源输入下通过改变Iset的值控制输入功率的大小。通过改变Uset可以在电流源输入情况下、在输入电压工作范围内设定输入功率的大小。

如图6所示，PV源输入的控制策略：前级为MPPT控制器，后级为电压/电流双闭环控制系统。其中，MPPT控制器通过调试光伏组件的工作电压，从而得到不同电压处的输入功率，以此来寻找光伏组件最大的输入功率点，使逆变器一直工作在光伏组件的最大发电功率。

如图7所示，电流源输入的控制策略：前级为电压闭环控制，逆变器根据电压设定值U_set(可以通过串口或者液晶修改，默认为逆变器工作的额定电压值)和输入源初始电压的0.95倍做比较，选择较小的值作为前级闭环的参考值。参考值和反馈值的误差输入到PI调节器，调节器输出直接作用于前级Boot升压斩波转换电路以调节占空比。前级电压最后稳定在设定值U_set，把能量输送到DClink电容。后级采用和如上所述的PV光伏源控制策略，在输入条件下相同的情况下，采用电压/电流双闭环控制系统(外环为电压环，内环为电流环)。

如图8所示，电压源输入的控制策略：前级为直流电流闭环控制，逆变器根据电流设定值I_set(可以通过串口或者液晶修改，默认为逆变器工作的额定电流值)和逆变器直流侧允许输入的最大电流做比较，选择较小的值作为前级闭环的参考值。参考值和反馈值的误差输入到PI调节器，调节器输出直接作用于前级Boot部分调节占空比。前级电电流最后稳定在设定值I_set，把能量输送到DClink电容。后级采用和如上所述的PV光伏源控制策略，在输入条件下相同的情况下，采用电压/电流双闭环控制系统(外环为电压环，内环为电流环)。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，其特征在于：包括软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元，所述的软启动单元、输入源识别单元、策略控制单元依次数据连接，所述的策略控制单元选择为电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，其特征在于：所述的软启动单元为采用输入电流启动的软启动器。

3.根据权利要求1所述的一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，其特征在于：所述的输入源识别单元设置在MPPT太阳能控制器。

4.根据权利要求1所述的一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统，其特征在于：所述的策略控制单元设置在BOOST升波斩压转换电路。

5.一种应用如兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制系统的方法，包括如下步骤：

(1)光伏逆变器在符合输入输出的并网条件后，输入源进入所述的软启动单元。

(2)软启动结束以后，根据软启动过程中输入源的电压、电流以及功率的变化情况，通过所述的输入源识别单元判断输入源类别。

(3)策略控制单元根据所述的识别单元判断的输入源，响应电压源控制模块或者电流源控制模块或者光伏源控制模块其中一种控制策略控制单元。

6.根据权利要求2所述的一种兼容多种直流源输入的光伏逆变器控制方法，其特征在于：步骤(2)所述的输入源识别单元判断输入源类别的方法包括如下步骤：

(21)输入电流的指令值由零逐渐增大到逆变器允许通过的最大电流值

(22)当电流指令值可以达到步骤(21)所述的最大电流值，或当电流指令值没有达到步骤(21)所述的最大电流值，且输入电流变化小于设定值，则软启动完成；

(23)软启动过程中，输入电压变化值小于设定值则步骤(2)输入源识别单元判断输入源为电压源；

(24)当输入电压变化值大于设定值时，输入源的功率呈增大趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断其为电流源；输入源的功率呈先增大后减小趋势则步骤(2)所述输入源识别单元判断为PV光伏源。