CN112260565A - 逆变器并行控制方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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CN112260565A CN202011038199.9A CN202011038199A CN112260565A CN 112260565 A CN112260565 A CN 112260565A CN 202011038199 A CN202011038199 A CN 202011038199A CN 112260565 A CN112260565 A CN 112260565A
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李子健
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Abstract

本发明公开了一种逆变器并行控制方法，包括：采集逆变器输出的电流信号和电压信号；对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。该逆变器并行控制方法计算简单，大大提高了处理效率，从而实现了对逆变器的实时并行控制。此外，还提出了一种逆变器并行控制装置、计算机设备及存储介质。

Description

逆变器并行控制方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种逆变器并行控制方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
逆变器是把直流电流转换成交流的转换器。随着社会的发展，单机逆变器已经不能满足人们生产生活的需求，因此，需要多台逆变器进行并机操作来达到扩容或增大输出功率。一般采用下垂控制来实现多台逆变器的并机操作，其中，下垂控制器的输入信号分别为P(有功功率)值和Q(无功功率)值。
但是由于传统的P值和Q值的计算方法(比如，SPLL算法)比较复杂，导致计算效率低，而且对MCU(控制器)的运行速度也有一定要求，故，传统的对逆变器的并行控制效果不理想。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出一种处理效率高的逆变器并行控制方法、装置、计算机设备及存储介质。
一种逆变器并行控制方法，包括：
采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
一种逆变器并行控制装置，包括：
采集模块，用于采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
第一计算模块，用于对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
第二计算模块，用于根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
第三计算模块，用于根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
控制模块，用于基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：
采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：
采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
上述逆变器并行控制方法、装置、计算机设备及存储介质，对采集到的电流信号和电压信号进行傅里叶变换得到电流幅值、电压幅值以及电压与电流的相位差，然后根据电流幅值和电压幅值计算得到总功率，根据总功率和电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，进而基于有功功率和无功功率采用下垂控制器对逆变器进行并行控制。上述过程中，通过对采用傅里叶变换可以快速计算得到电流幅值、电压幅值以及电压与电流的相位差，进而计算得到有功功率和无功功率，该计算方式简单，大大提高了处理效率，从而实现了对逆变器的实时并行控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。
其中：
图1是一个实施例中逆变器并行控制方法的流程图；
图2是一个实施例中逆变器并行控制方法的原理示意图；
图3是另一个实施例中逆变器并行控制方法的流程图；
图4是一个实施例中逆变器并行控制装置的结构框图；
图5是另一个实施例中逆变器并行控制装置的结构框图；
图6是一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
如图1所示，提出了一种逆变器并行控制方法，该逆变器并行控制方法可以应用于终端，本实施例以应用于终端举例说明。该逆变器并行控制方法具体包括以下步骤：
步骤102，采集逆变器输出的电流信号和电压信号。
其中，电流信号和电压信号为周期信号。逆变器输出的是正弦信号，基于该正弦信号采集电流信号和电压信号。
步骤104，对电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
其中，由于电流信号和电压信号都为周期信号，傅里叶变换算法(即DFT算法)能够根据电流信号计算得到电流幅值和电流相位，根据电压信号计算得到电压幅值和电压相位，然后基于电流相位和电压相位计算得到电压与电流的相位差。
步骤106，根据电流幅值和电压幅值计算得到总功率。
其中，在已知电流幅值和电压幅值后，将电压幅值和电流幅值进行乘算，得到总功率。即总功率＝电流幅值×电压幅值。
步骤108，根据总功率和电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率。
其中，已知电压与电流的相位差，就可以计算得到相应的正弦值和余弦值，根据总功率和余弦值的乘积得到有功功率，根据总功率和正弦值的乘积得到无功功率。具体地，设相位差为
Figure BDA0002705799530000041
有功功率为P，无功功率为Q，总功率表示为S，那么有功功率为P，无功功率为Q可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002705799530000042
步骤110，基于有功功率和无功功率采用下垂控制器对逆变器进行并行控制。
其中，下垂控制器的输入信号为有功功率P值和无功功率Q值，在计算得到P值和Q值后，就可以实现对逆变器的并行控制。
如图2所示，为上述逆变器并行控制方法的原理示意图。输入信号分别为电压信号和电流信号，然后采用DFT算法分别计算得到电压幅值和电压相位以及电流幅值和电流相位，基于电压幅值和电流幅值计算得到总功率，基于电压相位和电流相位的相位差计算得到正弦值和余弦值，最后基于总功率和余弦值计算得到有功功率P值，基于总功率和正弦值计算得到无功功率Q值。
上述逆变器并行控制方法，对采集到的电流信号和电压信号进行傅里叶变换得到电流幅值、电压幅值以及电压与电流的相位差，然后根据电流幅值和电压幅值计算得到总功率，根据总功率和电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，进而基于有功功率和无功功率采用下垂控制器对逆变器进行并行控制。上述过程中，通过对采用傅里叶变换可以快速计算得到电流幅值、电压幅值以及电压与电流的相位差，进而计算得到有功功率和无功功率，该计算方式简单，大大提高了处理效率，从而实现了对逆变器的实时并行控制。
如图3所示，在一个实施例中，在对电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差之前，还包括：
步骤112，将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储。
其中，为了实现滑动窗口的效果，将采集得到的电流信号和电压信号采用循环队列的数据结构存储。电流信号和电压信号对应的是不同的循环队列，即电流信号对应有自己的循环队列，电压信号也对应有自己的循环队列。由于电流信号和电压信号都是周期信号，采用滑动窗口的形式可以实现对信号幅值和相位的实时计算，从而实现了对有功功率P和无功功率Q的实时计算。
循环队列的数据结构是一个首尾相接的圆环结构，存储在其中的队列称为循环队列。队列的特点是：先进先出。循环队列中有两个指针，分别是头指针和尾指针，在入队时，尾指针向前追赶头指针，在出队时，头指针向前追赶尾指针。滑动窗口的长度＝循环队列的长度，即采用循环队列来实现了滑动窗口的功能，循环队列的长度设置为每个周期采样的点数*期望延迟的周期数。
在一个实施例中，电压信号和电流信号都存在正交sin和cos两个输入值，即电压信号和电流信号分别采用两个循环队列来进行数据存储，一个是DFT正交sin循环队列，存储值为“输入数据*sin(w*t)”，另一个是DFT正交cos循环队列，存储值为“输入数据*cos(w*t)”，通过循环队列指针来存放与提取数据，每次指针更新为：(指针++)％QUEUE-SIZE；即对指针自增操作后取余。
步骤114，从循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
其中，假设循环队列的长度为N，在进行计算时，首先减去存储在队列中前N+1时刻的值，然后，加上最新存储在队列的值，即当前时刻的存储值，这样就计算得到当前DFT的值，然后基于当前DFT的值进行幅值和相位计算。具体地，以DFT正交sin循环队列为例，有一个变量sum计算输入数据*sin(wt)之和。具体操作是：首先，sum减去存储在队列中前N+1时刻的值；然后，sum加上最新存储在队列的值，即当前时刻的输入数据*sin(wt)值，最后，更新指针值。使用循环队列的结构可以保存前N时刻全部的数据，同时也实现了模拟滑动窗口的功能，提高了数据提取的效率，进一步的，采用DFT计算提高了计算的效率，所以总体上大大提高了对逆变器并行控制的效果。
对提取出的预设延时周期内的电流信号和电压信号进行DFT计算，具体的公式如下：
Figure BDA0002705799530000061
Figure BDA0002705799530000062
Figure BDA0002705799530000063
其中，Y’(k)是当前时刻的DFT值，Y(k)是N时刻前的DFT值，两者相减得到一个延时周期的DFT值。然后根据计算得到的DFT值计算得到幅值和相位。
在一个实施例中，预设延时周期为信号周期的整数倍。
在输入信号叠加干扰信号的瞬间，输出会出现一个扰动，这个扰动会受到干扰信号的幅值影响，为了减少这个扰动，需要加大延时周期。为了提高抗干扰性，将预设延时周期设置为信号周期的N倍，N大于等于2。加上延时周期，就是增加采样点数，从而有利于提高抗干扰性。
在一个实施例中，对电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：通过滑动窗口获取电流信号和电压信号，基于滑动窗口对电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
其中，设置滑动窗口来获取电流信号和电压信号，有利于数据的提取，节省了提取数据的时间，从而有利于实现对P(有功功率)值和Q(无功功率)值的实时计算。滑动窗口是一种流量控制技术，在某一时刻，只接收有限的数据，然后基于接收到的有限的数据进行相应的计算。滑动窗口可以通过循环队列来实现，也可以其他方式来实现。
在一个实施例中，对电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：对电流信号采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电流相位；对电压信号采用傅里叶变换算法计算得到电压幅值和电压相位；根据电压相位和电流相位计算得到电压与电流的相位差。
其中，DFT傅里叶变换公式如下
Figure BDA0002705799530000071
Figure BDA0002705799530000072
其中，X(k)表示DFT变换后的数据，x(n)为采样的模拟信号,公式中的x(n)可以为复信号。|X(k)|表示幅值，
Figure BDA0002705799530000073
代表相位。即在已知电流信号和电压信号的情况下，就可以计算得到电流幅值、电流相位和电压幅值、电压相位。
在一个实施例中，根据总功率和电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，包括：根据电压与电流的相位差计算得到正弦值和余弦值；根据总功率、正弦值和余弦值计算得到有功功率和无功功率。
其中，有功功率P和无功功率Q为下垂控制器的输入，所以计算得到实时的P和Q，有利于下垂控制器对逆变器的并行控制，从而提高了控制的效果。
在一个实施例中，采用matlab对上述逆变器并行控制方法进行模拟仿真，采用s-function模块(用程序代码编写的模块，用于实现P、Q的计算)与simulink(matlab中的一种可视化仿真工具)内置库搭建的模块进行输出对比，测试发现，两者的效果基本一样，能够实时更新输入信号的幅值与相位。
如图4所示，提出了一种逆变器并行控制装置，包括：
采集模块402，用于采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
第一计算模块404，用于对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
第二计算模块406，用于根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
第三计算模块408，用于根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
控制模块410，用于基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
如图5所示，在一个实施例中，上述装置还包括：
存储模块412，用于将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储；
提取模块414，用于从所述循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
在一个实施例中，所述预设周期为信号周期的N倍，其中，N为大于1的正整数。
在一个实施例中，所述第一计算模块还用于通过滑动窗口获取所述电流信号和电压信号，基于所述滑动窗口对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述第一计算模块还用于对所述电流信号采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电流相位；对所述电压信号采用所述傅里叶变换算法计算得到电压幅值和电压相位；根据所述电压相位和所述电流相位计算得到所述电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述第三计算模块还用于根据所述电压与电流的相位差计算得到正弦值和余弦值；根据所述总功率、所述正弦值和所述余弦值计算得到有功功率和无功功率。
图6示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是终端，也可以是服务器。如图6所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现上述的逆变器并行控制方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行上述的逆变器并行控制方法。本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：采集逆变器输出的电流信号和电压信号；对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
在一个实施例中，在所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差之前，还包括：将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储；从所述循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
在一个实施例中，所述预设周期为信号周期的N倍，其中，N为大于1的正整数。
在一个实施例中，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：通过滑动窗口获取所述电流信号和电压信号，基于所述滑动窗口对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：对所述电流信号采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电流相位；对所述电压信号采用所述傅里叶变换算法计算得到电压幅值和电压相位；根据所述电压相位和所述电流相位计算得到所述电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，包括：根据所述电压与电流的相位差计算得到正弦值和余弦值；根据所述总功率、所述正弦值和所述余弦值计算得到有功功率和无功功率。
在一个实施例中，提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：采集逆变器输出的电流信号和电压信号；对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
在一个实施例中，在所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差之前，还包括：将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储；从所述循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
在一个实施例中，所述预设周期为信号周期的N倍，其中，N为大于1的正整数。
在一个实施例中，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：通过滑动窗口获取所述电流信号和电压信号，基于所述滑动窗口对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：对所述电流信号采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电流相位；对所述电压信号采用所述傅里叶变换算法计算得到电压幅值和电压相位；根据所述电压相位和所述电流相位计算得到所述电压与电流的相位差。
在一个实施例中，所述根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，包括：根据所述电压与电流的相位差计算得到正弦值和余弦值；根据所述总功率、所述正弦值和所述余弦值计算得到有功功率和无功功率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种逆变器并行控制方法，其特征在于，包括：
采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差之前，还包括：
将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储；
从所述循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设周期为信号周期的N倍，其中，N为大于1的正整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：
通过滑动窗口获取所述电流信号和电压信号，基于所述滑动窗口对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差，包括：
对所述电流信号采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电流相位；
对所述电压信号采用所述傅里叶变换算法计算得到电压幅值和电压相位；
根据所述电压相位和所述电流相位计算得到所述电压与电流的相位差。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率，包括：
根据所述电压与电流的相位差计算得到正弦值和余弦值；
根据所述总功率、所述正弦值和所述余弦值计算得到有功功率和无功功率。
7.一种逆变器并行控制装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集逆变器输出的电流信号和电压信号；
第一计算模块，用于对所述电流信号和电压信号分别采用傅里叶变换算法计算得到电流幅值和电压幅值以及电压与电流的相位差；
第二计算模块，用于根据所述电流幅值和所述电压幅值计算得到总功率；
第三计算模块，用于根据所述总功率和所述电压与电流的相位差计算得到有功功率和无功功率；
控制模块，用于基于所述有功功率和所述无功功率采用下垂控制器对所述逆变器进行并行控制。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
存储模块，用于将采集到的电流信号和电压信号加入到循环队列中进行存储；
提取模块，用于从所述循环队列中提取出预设延时周期内的电流信号和电压信号。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的逆变器并行控制方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的逆变器并行控制方法的步骤。
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洪志平等: "一种有源滤波器的电流检测算法", 《通信电源技术》 *

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