CN109245149B - 一种并网逆变器的控制方法及系统 - Google Patents

一种并网逆变器的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制方法及系统，包括确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取基准电流，得到参考电流：确定滞后于基准电流过零点处相位差的基准电流为当前半个周期内的读取起始点；从读取起始点开始读取基准电流直至基准电流过零点，然后再从读取起始点倒着读取基准电流直至基准电流过零点；在得到参考电流的同时根据参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。本发明减小甚至避免了输出电流的震荡，提高了并网逆变器的输出电流的质量。

Description

一种并网逆变器的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，特别是涉及一种并网逆变器的控制方法及系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，逆变器正在被得到越来越多的应用。在一些领域例如新能源领域，会用逆变器将直流电源模块(例如太阳能电池板)输出的直流电转换为交流电并输出至电网中。
具体地，请参照图1，图1为现有技术中的一种常见的新能源系统的结构示意图，该新能源系统包括直流电源模块、并网逆变器、滤波模块及控制模块；图2(a)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的输出电流与并网电压的关系图；图2(b)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的参考电流的示意图；图2(c)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的基准电流的示意图；图2(d)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的PWM信号的示意图。理论上，在纯有功的情况下，并网逆变器的输出电流iout和电网电压ugrid同相(如图2(a)所示)，基准电流iref、读取基准电流iref得到的、用于控制生成PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制信号的参考电流ireg及并网逆变器的实际输出电流iout相同(也即同相同频率同幅值)。为实现对并网逆变器的控制，每半个基准电流iref周期，控制模块会从基准电流iref正弦波的零点处开始读取基准电流iref(如图2(b)所示)，得到参考电流ireg(如图2(c)所示)，同时根据参考电流ireg生成如图2(d)所示PWM控制信号至并网逆变器中的开关管Q1-Q4，使得并网逆变器输出如图2(a)所示的输出电流iout。
图3(a)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的输出电流与并网电压的理论关系图；图3(b)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的参考电流的示意图；图3(c)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的基准电流的示意图；图3(d)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的输出电流与并网电压的实际关系图；图3(e)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的PWM信号的示意图。在实际应用中，考虑到用户的实际需要，并网逆变器的理论输出电流i'out和电网电压ugrid之间存在相位差(如图3(a)所示)，也即要求并网逆变器输出带有无功功率的输出电流i'out。然而实际受外界各种因素例如电网电压、滤波模块的影响，在按照原纯有功时的控制方式读取基准电流iref(如图3(b)所示)得到参考电流ireg(如图3(c)所示)时，并网逆变器的实际输出电流iout并非与基准电流iref相同。具体地，在电流负半周期，当电网电压ugrid过零点t1后，实际输出电流iout不是像基准电流iref那样减小，反而是增大。在达到基准电流iref过零点t2时，实际输出电流iout增到最大，之后，由于开关管控制的转换，电流会突变到0，甚至有些反冲的负电流(如图3(d)所示)。可见，在存在无功的情况下，并网逆变器的实际输出电流iout存在着震荡现象，质量较差。在电流的正半周期，也会有同样的情况出现。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种并网逆变器的控制方法及系统，减小甚至避免输出电流的震荡，提高了并网逆变器的输出电流的质量。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种并网逆变器的控制方法，包括：
确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取所述基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处所述相位差对应的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从所述读取起始点开始读取所述基准电流直至所述基准电流过零点，然后再从所述读取起始点按照时间顺序倒着读取所述基准电流直至基准电流过零点；
在得到所述参考电流的同时根据所述参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
优选地，确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正，其中，所述输出电流的幅值越大，所述相位差越小。
优选地，根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
将所述基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
优选地，所述控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种并网逆变器的控制系统，包括：
确定模块，用于确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
读取模块，用于在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取所述基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处所述相位差对应的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从所述读取起始点开始读取所述基准电流直至所述基准电流过零点，然后再从所述读取起始点按照时间顺序倒着读取所述基准电流直至基准电流过零点；
控制信号生成模块，用于在得到所述参考电流的同时根据所述参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
优选地，该系统还包括：
相位差修正模块，用于根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正，其中，所述输出电流的幅值越大，所述相位差越小。
优选地，该系统还包括：
将所述基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
优选地，所述控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
本发明提供了一种并网逆变器的控制方法及系统，包括确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取基准电流，得到参考电流：确定滞后于基准电流过零点处相位差的基准电流为当前半个周期内的读取起始点；从读取起始点开始读取基准电流直至基准电流过零点，然后再从读取起始点倒着读取基准电流直至基准电流过零点；在得到参考电流的同时根据参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
可见，本申请中考虑到实际应用外界各种因素例如电网电压的影响，从控制的源头基准电流着手，根据电网电压和并网逆变器的输出电流的相位差来改变基准电流的读取方式，从而使得并网逆变器的实际输出电流与基准电流相同，减小甚至避免输出电流的震荡，提高了并网逆变器的输出电流的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种常见的新能源系统的结构示意图；
图2(a)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的输出电流与并网电压的关系图；
图2(b)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的参考电流的示意图；
图2(c)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的基准电流的示意图；
图2(d)为一种在纯有功的条件下，并网逆变器的PWM信号的示意图；
图3(a)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的输出电流与并网电压的理论关系图；
图3(b)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的参考电流的示意图；
图3(c)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的基准电流的示意图；
图3(d)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的输出电流与并网电压的实际关系图；
图3(e)为现有技术中的控制方法中，并网逆变器的PWM信号的示意图；
图4为本发明提供的一种并网逆变器的控制方法的流程图；
图5(a)为本申请中，并网逆变器的参考电流的示意图；
图5(b)为本申请中，并网逆变器的基准电流的示意图；
图5(c)为本申请中，并网逆变器的输出电流与并网电压的关系图；
图5(d)为本申请中，并网逆变器的PWM信号的示意图；
图6(a)为本申请中，离散化后的并网逆变器的参考电流的示意图；
图6(b)为本申请中，离散化后的并网逆变器参考电流和基准电流的示意图；
图7为本发明提供的一种并网逆变器的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种并网逆变器的控制方法及系统，减小甚至避免输出电流的震荡，提高了并网逆变器的输出电流的质量。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图4，图4为本发明提供的一种并网逆变器的控制方法的流程图，该方法包括：
步骤S11：确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
可以理解的是，在实际应用中，用户会希望电网中存在无功分量，具体表现为并网逆变器的输出电流Iout和电网电压Vgrid之间存在相位差。相适应的，为实现本发明的目的，需要首先确定用户要求的并网逆变器的输出电流Vout和电网电压Vgrid之间的相位差，为后续控制信号的生成打下基础。
步骤S12：在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处相位差对应的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从读取起始点开始读取基准电流直至基准电流过零点，然后再从读取起始点按照时间顺序倒着读取基准电流直至基准电流过零点；
与现有技术中的每半个基准电流周期，控制模块会从基准电流Iref正弦波的零点处开始读取基准电流Iref的读取方式不同，本申请中不从基准电流Iref正弦波的零点处开始读，而是从滞后于基准电流Iref过零点处相位差的基准电流Iref处开始读，例如，如果并网逆变器的输出电流Vout和电网电压Vgrid之间的相位差为π/6，则从滞后于基准电流Iref过零点π/6的基准电流处开始读，直至按着时间顺序到达该半个并网电流周期内的第一个基准电流过零点，然后再从读取起始点开始，逆着时间顺序开始读，直至到达第二个基准电流过零点，将读取的基准电流Iref作为参考电流Ireg。
另外，需要说明的是，该步骤中，可以为了提高控制精度，直接读取连续的基准电流，也可以为了提高处理速度，将基准电流离散化后再读取，根据实际情况来定。
步骤S13：在得到参考电流的同时根据参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
在读取到基准电流后，便根据其生成相应的控制信号来控制并网逆变器中的开关管的导通和关断，进而控制并网逆变器的输出，以实现对并网逆变器的控制。
具体地，请参照图5(a)-5(d)，图5(a)为本申请中，并网逆变器的参考电流的示意图；图5(b)为本申请中，并网逆变器的基准电流的示意图；图5(c)为本申请中，并网逆变器的输出电流与并网电压的关系图；图5(d)为本申请中，并网逆变器的PWM信号的示意图。
可见，采用本申请提供的并网逆变器的控制方法可以使得并网逆变器的实际输出电流iout与基准电流Iref相同，减小甚至避免输出电流iout的震荡，提高了并网逆变器的输出电流iout的质量。
本发明提供了一种并网逆变器的控制方法，包括确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取基准电流，得到参考电流：确定滞后于基准电流过零点处相位差的基准电流为当前半个周期内的读取起始点；从读取起始点开始读取基准电流直至基准电流过零点，然后再从读取起始点倒着读取基准电流直至基准电流过零点；在得到参考电流的同时根据参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
可见，本申请中考虑到实际应用外界各种因素例如电网电压的影响，从控制的源头基准电流着手，根据电网电压和并网逆变器的输出电流的相位差来改变基准电流的读取方式，从而使得并网逆变器的实际输出电流与基准电流相同，减小甚至避免输出电流的震荡，提高了并网逆变器的输出电流的质量。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选地实施例，确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
根据输出电流的幅值对相位差进行修正，其中，输出电流的幅值越大，相位差越小。
为了进一步减小输出电流iout的震荡，提高并网逆变器的输出电流iout的质量，本申请还充分考虑到输出电流iout的幅值与相位差之间的关系，具体地，输出电流iout的幅值较大时，则需要相应地减小相位差，输出电流iout的幅值的较小时，则需要相应地增大相位差。另外，这里具体减小多少，具体增大多少与输出电流iout的幅值有关，具体根据实际情况来定。
作为一种优选地实施例，根据输出电流的幅值对相位差进行修正之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
将基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
为了方便读取，这里可以先将基准电流Iref离散化成N个点，再来对离散化后的基准电流正弦表进行读取。
为方便对本步骤的理解，下面结合一实例进行说明：
请参照图6(a)和6(b)，图6(a)为本申请中，离散化后的并网逆变器的参考电流的示意图，图6(b)为本申请中，离散化后的并网逆变器参考电流和基准电流的示意图。
对于基准电流，可以将其的一个正弦波离散化成N个点，比如一个工频周期离散化成400个点的正弦表，形成1,2,3，……398,399,400序列的正弦表，如图6(a)所示，正弦表正半周序列依次为1,2,3,……198,199,200。本发明中，采用的基准电流如图6(b)所示，在电流基准过零点t2处，控制模块(例如MCU/FPGA)读取的第一个正弦表点不是正弦波的第1个点，而是根据相位差往后移几个，例如从第20个点开始读取，当正弦表读到第200个点后，再反向补充前面20个点作为基准电流，所以，正弦表的读取顺序是：20,21,22，……198,199,200,19,18,17，……3,2,1。
作为一种优选地实施例，控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
当然，这里的控制信号还可以其他类型的控制信号，能实现本申请的目的即可。
请参照图7，图7为本发明提供的一种并网逆变器的控制系统的结构示意图，该系统包括：
确定模块1，用于确定用户要求的并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
读取模块2，用于在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处相位差对应的的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从读取起始点开始读取基准电流直至基准电流过零点，然后再从读取起始点按照时间顺序倒着读取基准电流直至基准电流过零点；
控制信号生成模块3，用于在得到参考电流的同时根据参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
作为一种优选地实施例，该系统还包括：
相位差修正模块，用于根据输出电流的幅值对相位差进行修正，其中，输出电流的幅值越大，相位差越小。
作为一种优选地实施例，该系统还包括：
将基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
作为一种优选地实施例，控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
对于本发明提供的并网逆变器的控制系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种并网逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取所述基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处所述相位差对应的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从所述读取起始点开始读取所述基准电流直至所述基准电流过零点，然后再从所述读取起始点按照时间顺序倒着读取所述基准电流直至基准电流过零点；
在得到所述参考电流的同时根据所述参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正，其中，所述输出电流的幅值越大，所述相位差越小。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正之后，读取基准电流之前，该方法还包括：
将所述基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
5.一种并网逆变器的控制系统，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定用户要求的所述并网逆变器的输出电流和电网电压之间的相位差；
读取模块，用于在基准电流的每半个周期，都按照如下方法读取所述基准电流，得到参考电流：
确定滞后于基准电流过零点处所述相位差对应的基准电流上的点为当前半个周期内的读取起始点；
从所述读取起始点开始读取所述基准电流直至所述基准电流过零点，然后再从所述读取起始点按照时间顺序倒着读取所述基准电流直至基准电流过零点；
控制信号生成模块，用于在得到所述参考电流的同时根据所述参考电流生成控制信号并发送至并网逆变器，以实现对并网逆变器的控制。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，该系统还包括：
相位差修正模块，用于根据所述输出电流的幅值对所述相位差进行修正，其中，所述输出电流的幅值越大，所述相位差越小。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，该系统还包括：
将所述基准电流离散化成N个点的正弦表，N为正整数。
8.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
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