CN113162108A - 一种提高逆变器限载稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高逆变器限载稳定性的方法，包括如下步骤：获取逆变器并网点当前的市电电压E和市电电流值i_L，功率计算模块H_pwr(s)计算得到当前的输出功率值P，输出功率值P与功率限载参考值P*的差值经过PI控制器调节得到功率限载系数K_per，若i_L>i_L*，则逆变器输出功率值P执行限载，采样当前直流母线电压值V_{bus_f}，直流母线电压值V_{bus_f}减去新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus得到的电压差值通过PI控制器调节得到限流系数K_{per_b}，在逆变器限载状态下，通过限制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*控制限流系数K_{per_b}，进而稳定控制直流母线电压值V_{bus_f}。本发明在逆变器限载状态下，既提高了功率限制的精度，又抑制直流母线电压的上升，提高了逆变器输出功率的稳定性。

Description

一种提高逆变器限载稳定性的方法

技术领域

本发明涉及逆变器限载领域，尤其涉及一种提高逆变器限载稳定性的方法。

背景技术

在逆变器出现过流或过温等异常情况时，需要限制逆变器输出功率来保障逆变器的安全运行；而且很多国家或地区安全规范要求上网逆变器启动及机器发生故障后的恢复阶段限制逆变器输入功率加载速率，比如不能超过20％额定功率/min等。

另外逆变器在实际装机中，用户考虑到PV面板的衰减，也会相应的过配置PV面板，即PV功率过配，为了保障逆变器运行不过载，同样需要控制逆变器输出功率。逆变器输出功率控制中的功率控制精度及在功率限制下机器的稳定性则尤为重要。目前主要的方法是直接采用限制输出电流的方式达到输出功率限制的目的，而忽略了功率限制下直流母线电压的波动升高；在boost动作时，逆变器限载操作，将会导致直流母线电压升高，因为逆变器输出功率限载时，PV电压参考保持不变，但逆变器输出功率变小，能量堆积在直流母线上导致直流母线电压升高，如果不进行处理，将会导致直流母线电压过高警告或者直流母线电压波动较大，严重影响逆变器限载运行稳定度及逆变器输出功率控制精度，有可能会导致逆变器损坏；另一方面逆变器输出功率限载时，MPPT正常工作，PV电压参考有一定电压的波动，进而引起输出功率的波动，影响了功率控制的精度。

因此，结合上述存在的技术问题，有必要提供一种新的技术方案。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种提高逆变器限载稳定性的方法，具体技术方案如下所述：

一种提高逆变器限载稳定性的方法，包括如下步骤：

S1：在逆变双环控制器上增加功率限载环，获取逆变器并网点当前的市电电压E和市电电流值i_L，功率限载环上的功率计算模块H_pwr(s)根据当前的市电电压E和市电电流值i_L计算得到当前输出功率值P；

S2：功率限载环设定功率限载参考值P*，所述输出功率值P减去功率限载参考值P*得到功率差值，所述功率差值经过功率限载环上的PI控制器调节得到功率限载系数K_per，所述功率限载系数K_per经[0,1]限幅处理；

S3：功率限载环输出的功率限载系数K_per与逆变电压外环的电流输出量相乘后得到逆变电流内环输入电流参考量i_L*，若i_L>i_L*，则逆变器输出功率值P执行限载；

S4：Boost双环控制器上的MPPT设定MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}，对比功率限载系数K_per与MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}的大小，当K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为0，MPPT关闭；

S5：在Boost双环控制器上增加直流母线电压稳压环，实时采样当前直流母线电压值V_{bus_f}，直流母线电压参考量V_bus*与限值余量ΔV_bus相加得到新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus，当前直流母线电压值V_{bus_f}减去新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus得到电压差值，所述电压差值通过直流母线电压稳压环上的PI控制器调节得到限流系数K_{per_b}；

S6：直流母线电压稳压环输出的限流系数K_{per_b}与Boost电压外环电流输出量相乘后得到Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，在逆变器限载状态下，直流母线电压稳压环通过限制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*控制限流系数K_{per_b}，进而稳定控制直流母线电压值V_{bus_f}。

进一步的，步骤S3中，若i_L<＝i_L*，则逆变器输出功率值P不执行限载。

进一步的，步骤S4中，当K_per>K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为非限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为1，MPPT生效。

进一步的，步骤S5中，限值余量ΔV_bus值大于等于直流母线电压纹波峰峰值的一个周期值。

进一步的，步骤S6中，在逆变器非限载状态下，直流电压稳压环不控制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，限流系数K_{per_b}恒定输出为1。

进一步的，逆变器限载瞬间，P>P*，功率限载系数K_per自动逐步减小，当功率限载系数K_per减小到K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，MPPT关闭。

进一步的，若P<P*，功率限载系数K_per自动逐步增大，当功率限载系数K_per升高到K_per>K_{MPPT_Limit}时，MPPT生效，使得输出功率值P上升，输出功率值P上升到功率限载参考值P*后，功率限载系数K_per自动逐步减小，输出功率值P稳定后关闭MPPT。

进一步的，逆变器开机或重连线性加载起始阶段，当前PV电压采样值V_{pv_f}乘以固定倍率赋值为PV电压的参考量V_pv*，Boost PV电压外环电压快速饱和。

进一步的，所述固定倍率的范围为0.5-1倍。

进一步的，步骤S2中，功率限载环上的PI控制器为逆变电压外环和逆变电流内环控制器；

步骤S5中，直流母线电压稳压环上的PI控制器为Boost电压外环和Boost电流内环控制器。

本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，其在逆变双环控制器上增加功率限载环，实现逆变器输出功率的控制；

(2)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，根据功率限载系数K_per值的区间确定当前状态是否为限载状态，如果是限载状态下，则执行封锁MPPT动作，提高逆变器输出功率限载的精度；

(3)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，在Boost控制器双环控制器上增加直流母线电压稳压环，以实现逆变器限载状态下抑制直流母线电压的骤升，提高输出功率限载下逆变器输出功率的稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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它附图。

图1是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的逆变双环控制器上增加功率限载环的电路结构示意图；

图2是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的Boost双环控制器上增加直流母线电压稳压环的电路结构示意图；

图3是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的逆变器功率线性加载过程的测试效果图。

其中，1-逆变双环控制器，2-功率限载环，3-K_per与K_{MPPT_Limit}逻辑计算，4-Boost双环控制器，5-直流母线电压稳压环。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，对本发明实施例的技术方案进行清查、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。

实施例

请参阅图1，图1是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的逆变双环控制器上增加功率限载环的电路结构示意图。如图1所示，V_bus*为直流母线电压参考值，V_{bus_f}为直流母线电压值，E为市电电压，SPLL为锁相模块，i_L*为电流内环输入电流参考值，i_L为市电电流值，V_ab为逆变器输出调制电压，K_per为功率限载系数，H_pwr(s)为功率计算模块，P*为功率限载参考值，P为输出功率值；

本发明在逆变双环控制器上增加功率限载环，功率限载环的工作原理为：获取逆变器并网点当前的市电电压E和市电电流值i_L，功率限载环上的功率计算模块H_pwr(s)根据当前的市电电压E和市电电流值i_L计算得到当前输出功率值P，功率限载环设定功率限载参考值P*，所述输出功率值P减去功率限载参考值P*得到功率差值，所述功率差值经过功率限载环上的PI控制器调节得到功率限载系数K_per，所述功率限载系数K_per经[0,1]限幅处理，使功率限载系数K_per数值范围处于[0,1]区间，功率限载环输出的功率限载系数K_per与逆变电压外环的电流输出量相乘后得到逆变电流内环输入电流参考量i_L*，若i_L>i_L*，则逆变器输出功率值P执行限载；

优选的，若i_L<＝i_L*，则逆变器输出功率值P不执行限载；示例中，功率限载环上的PI控制器为逆变电压外环和逆变电流内环控制器。

请参阅图2，图2是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的Boost双环控制器上增加直流母线电压稳压环的电路结构示意图。如图2所示，Boost双环控制器和直流母线电压稳压环的工作原理如下：

Boost双环控制器上MPPT设定MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}，对比功率限载系数K_per与MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}的大小，当K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为0，MPPT关闭；

优选的，当K_per>K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为非限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为1，MPPT生效；

在Boost双环控制器上增加直流母线电压稳压环，实时采样当前直流母线电压值V_{bus_f}，直流母线电压参考量V_bus*与限值余量ΔV_bus相加得到新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus，当前直流母线电压值V_{bus_f}减去新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus得到电压差值，所述电压差值通过直流母线电压稳压环上的PI控制器调节得到限流系数K_{per_b}；

示例中，考虑到满载时直流母线电压纹波峰峰值量，因此限值余量ΔV_bus值大于等于直流母线电压纹波峰峰值的一个周期值，直流母线电压稳压环上的PI控制器为Boost电压外环和Boost电流内环控制器；

直流母线电压稳压环输出的限流系数K_{per_b}与Boost电压外环电流输出量相乘后得到Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，在逆变器限载状态下，直流母线电压稳压环通过限制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*控制限流系数K_{per_b}，进而稳定控制直流母线电压值V_{bus_f}，优选的，在逆变器非限载状态下，直流电压稳压环不控制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，限流系数K_{per_b}恒定输出为1。

示例中，功率限载系数K_per封锁MPPT的工作原理如下：K_{MPPT_Limit}为MPPT使能临界条件，当K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，封锁MPPT；当K_per>K_{MPPT_Limit}时，开启MPPT；

逆变器限载瞬间，P>P*，功率限载系数K_per自动逐步减小，当功率限载系数K_per减小到K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，MPPT关闭，在K_per减小过程中，逆变器输出功率值P线性下降，输出功率值P未出现上下波动现象；

若光照等原因造成输入功率下降，进而输出功率值随之下降，直到输出功率值P下降到P<P*时，功率限载系数K_per自动逐步增大，当功率限载系数K_per升高到K_per>K_{MPPT_Limit}时，MPPT生效，使得输出功率值P上升，输出功率值P上升到功率限载参考值P*后，功率限载系数K_per自动逐步减小，最终输出功率值P稳定后关闭MPPT，在K_per增大过程中，逆变器输出功率值P线性上升，输出功率值P未出现上下波动现象。

逆变器开机或重连线性加载起始阶段，当前PV电压采样值V_{pv_f}乘以固定倍率赋值为PV电压的参考量V_pv*，Boost PV电压外环电压快速饱和，Boost电压外环和直流母线电压稳压环的双环工作简化为直流母线电压稳压环的单环路工作；优选的，所述固定倍率的范围为0.5-1倍。

请继续参阅图3，图3是本发明所述提高逆变器限载稳定性的方法的逆变器功率线性加载过程的测试效果图。如图3所示，示例中，采用2kw的单相逆变器，图3中输出功率值P和E为市电电压值通过功率计每1s同步获取一次数据，可以发现整个逆变器输出功率线性加载过程中，逆变器输出功率稳定无异常波动点。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，其在逆变双环控制器上增加功率限载环，实现逆变器输出功率的控制；

(2)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，根据功率限载系数K_per值的区间确定当前状态是否为限载状态，如果是限载状态下，则执行封锁MPPT动作，提高逆变器输出功率限载的精度；

(3)本发明的一种提高逆变器限载稳定性的方法，在Boost控制器双环控制器上增加直流母线电压稳压环，以实现逆变器限载状态下抑制直流母线电压的骤升，提高输出功率限载下逆变器的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在逆变双环控制器上增加功率限载环，获取逆变器并网点当前的市电电压E和市电电流值i_L，功率限载环上的功率计算模块H_pwr(s)根据当前的市电电压E和市电电流值i_L计算得到当前输出功率值P；

S2：功率限载环设定功率限载参考值P*，所述输出功率值P减去功率限载参考值P*得到功率差值，所述功率差值经过功率限载环上的PI控制器调节得到功率限载系数K_per，所述功率限载系数K_per经[0,1]限幅处理；

S3：功率限载环输出的功率限载系数K_per与逆变电压外环的电流输出量相乘后得到逆变电流内环输入电流参考量i_L*，若i_L>i_L*，则逆变器输出功率值P执行限载；

S4：Boost双环控制器上的MPPT设定MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}，对比功率限载系数K_per与MPPT的封锁阀值K_{MPPT_Limit}的大小，当K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为0，MPPT关闭；

S5：在Boost双环控制器上增加直流母线电压稳压环，实时采样当前直流母线电压值V_{bus_f}，直流母线电压参考量V_bus*与限值余量ΔV_bus相加得到新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus，当前直流母线电压值V_{bus_f}减去新直流母线电压参考量V_bus*+ΔV_bus得到电压差值，所述电压差值通过直流母线电压稳压环上的PI控制器调节得到限流系数K_{per_b}；

S6：直流母线电压稳压环输出的限流系数K_{per_b}与Boost电压外环电流输出量相乘后得到Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，在逆变器限载状态下，直流母线电压稳压环通过限制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*控制限流系数K_{per_b}，进而稳定控制直流母线电压值V_{bus_f}。

2.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，步骤S3中，若i_L<＝i_L*，则逆变器输出功率值P不执行限载。

3.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，步骤S4中，当K_per>K_{MPPT_Limit}时，此时逆变器为非限载状态，封锁MPPT的标志MpptEnableFlag的输出值为1，MPPT生效。

4.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，步骤S5中，限值余量ΔV_bus值大于等于直流母线电压纹波峰峰值的一个周期值。

5.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，步骤S6中，在逆变器非限载状态下，直流电压稳压环不控制Boost电流内环电流参考量i_{L_b}*，限流系数K_{per_b}恒定输出为1。

6.根据权利要求3所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，逆变器限载瞬间，P>P*，功率限载系数K_per自动逐步减小，当功率限载系数K_per减小到K_per<＝K_{MPPT_Limit}时，MPPT关闭。

7.根据权利要求6所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，若P<P*，功率限载系数K_per自动逐步增大，当功率限载系数K_per升高到K_per>K_{MPPT_Limit}时，MPPT生效，使得输出功率值P上升，输出功率值P上升到功率限载参考值P*后，功率限载系数K_per自动逐步减小，输出功率值P稳定后关闭MPPT。

8.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，逆变器开机或重连线性加载起始阶段，当前PV电压采样值V_{pv_f}乘以固定倍率赋值为PV电压的参考量V_pv*，Boost PV电压外环电压快速饱和。

9.根据权利要求8所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，所述固定倍率的范围为0.5-1倍。

10.根据权利要求1所述的提高逆变器限载稳定性的方法，其特征在于，

步骤S2中，功率限载环上的PI控制器为逆变电压外环和逆变电流内环控制器；

步骤S5中，直流母线电压稳压环上的PI控制器为Boost电压外环和Boost电流内环控制器。

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