CN116466287A - 一种在线逆变器并联系统自动校准方法 - Google Patents

一种在线逆变器并联系统自动校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在线逆变器并联系统自动校准方法，方法包括步骤：对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压；利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出；循环执行上述步骤，直到第一逆变输出小于规定阈值。通过利用电压采样值对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，并利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，使得各采样环节趋于一致，校正了采样电路精度问题带来的输出电压误差和均流度。在对系统进行增机扩容时，采取新机的电压采样值作为基准电压，从而使系统的输出电压更加趋于出厂设定。

Description

一种在线逆变器并联系统自动校准方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，特别涉及一种在线逆变器并联系统自动校准方法。
背景技术
基于光伏逆变器高性能及并机均流度的要求，并联运行的各台逆变器需要在出厂时将输出电压校正到额定电压值，每一逆变器的输出误差要控制在±0.2V 范围以内，对于220V/50Hz的额定电压输出，此误差要求系统的采样与转换总误差低于0.1%。由于采样电路输出误差及数字处理器MCU自身采样精度的原因，在进行普通校正后，各逆变器重新上电后期输出电压会出现一定范围的偏移，造成多台逆变器并网时产生较大的瞬态冲击电流，严重时会导致并机失败，在稳态时也会因为采样偏差的原因而产生负载不均流的情形。另外，对于用户而言，如果在使用同一类型产品后，需要购入新的光伏逆变器实现增机扩容，新老机器的元件老化程度的不同，器件批次的差异，也会导致输出电压的不同，从而使得在并机时出现并机失败或者均流度超出规格。
发明内容
现有的在线并联逆变器系统，由于采样电路及数字处理器MCU采样精度的原因，其产生的输出误差容易导致并机失败或均流度超出规格。
针对上述问题，提出一种在线逆变器并联系统自动校准方法，通过利用CAN总线通讯技术发送/获取电压采样值，对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，并利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，使得各采样环节趋于一致，校正了采样电路精度问题带来的输出电压误差和均流度。在对系统进行增机扩容时，采取新机的电压采样值作为基准电压，从而使系统的输出电压更加趋于出厂设定。本方法无需增加硬件电路，无需停机手动校准。在并联情形下对输出电压进行校准时，无需在校准过程中对不同负载的采样信息进行切换，极大简化了系统的维护和升级过程。
一种在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，包括步骤：
对所述逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压；
利用所述基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出；
循环执行上述步骤，直到所述第一逆变输出小于规定阈值；
其中，所述第一逆变输出包括最大输出误差及均流度；
所述规定阈值包括第一阈值及第二阈值；
所述第一阈值为逆变器模块输出电压的最大误差阈值；
所述第二阈值为逆变器模块输出电流的均流度阈值；
所述步骤：对所述逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，包括步骤：
获取所述逆变器并联系统前一次第二校准中的所有逆变器模块的公共负载点的电压采样值，获取第一电压采样值；
对第一电压采样值求采样平均值，将采样平均值作为本次校准的基准电压；
利用基准电压对各逆变器模块的实时电压数据进行第一校准；
所述步骤：利用所述基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，包括步骤：
利用积分单元对各逆变器模块的采样电路进行阶跃扰动消除；
利用采样电路对基准电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值；
利用电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准；
其中，最大误差阈值为逆变电压最大输出误差的阈值，均流度阈值为为经过第二校准的最大校准电流与最小校准电流的峰值差值的阈值。
结合本发明所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，第一种可能的实施方式中，所述步骤：获取所述逆变器并联系统前一次第二校准中的所有逆变器模块的公共负载点的电压采样值，获取第一电压采样值，包括步骤：
将所述逆变器并联系统中任一逆变器模块作为第一校准主机；
将所述第一校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；
所述逆变器模块利用所述CAN总线获取/发送所述第一电压采样值。
结合本发明第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述步骤：利用所述电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，包括步骤：
以规定时间间隔及规定周期对各逆变器模块的输出电压进行第二校准，获取校准电压；
获取并联系统中所有逆变器模块的校准电压；
利用所述校准电压获取所述逆变器模块输出电压的最大输出误差；
其中，所述最大输出误差为经过第二校准的最大校准电压与最小校准电压的峰值的差值。
结合本发明第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述步骤：利用所述电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，还包括步骤：
利用所述校准电压获取并联系统中所有逆变器模块的校准电流；
利用所述校准电流获取所述逆变器模块输出电流的均流度；
其中，所述均流度为经过第二校准的最大校准电流与最小校准电流的峰值的差值。
结合本发明所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，第四种可能的实施方式中，还包括步骤：
对所述逆变器并联系统进行増机扩容；
将新增加的逆变器模块作为第二校准主机；
将所述第二校准主机的电压采样值作为基准电压进行校准。
结合本发明第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述步骤：将新增加的逆变器模块作为第二校准主机，包括步骤：
将所述第二校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；
所述逆变器模块利用所述CAN总线获取/发送电压采样值。
结合本发明第五种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述步骤：将所述第二校准主机的电压采样值作为基准电压进行校准，包括步骤：
利用积分单元对所述第二校准主机的采样电路进行阶跃扰动消除；
利用所述采样电路对逆变器输出电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值。
结合本发明第二、三、六种可能的实施方式，第七种可能的实施方式中，还包括步骤：
改变每一积分单元的积分增益，以消除电流谐振，其中，所述逆变器并联系统的负载为电阻性负载。
实施本发明所述中的在线逆变器并联系统自动校准方法，通过利用CAN总线通讯技术发送/获取电压采样值，对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，并利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，使得各采样环节趋于一致，校正了采样电路精度问题带来的输出电压误差和均流度。在对系统进行增机扩容时，采取新机的电压采样值作为基准电压，从而使系统的输出电压更加趋于出厂设定。本方法无需增加硬件电路，无需停机手动校准。在并联情形下对输出电压进行校准时，无需在校准过程中对不同负载的采样信息进行切换，极大简化了系统的维护和升级过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
图1为本发明在线逆变器并联系统自动校准模块连接示意图；
图2为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第一示意图；
图3为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第二示意图；
图4为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第三示意图；
图5为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第四示意图；
图6为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第五示意图；
图7为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第六示意图；
图8为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第七示意图；
图9为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第八示意图；
图10为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第九示意图。
具体实施方式
下面将结合发明中的附图，对本发明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的一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的在线并联逆变器系统，由于采样电路输出误差及数字处理器MCU自身采样精度的原因，其产生的输出误差容易导致并机失败或均流度超出规格。
针对上述问题，提出一种在线并联逆变系统自动校准方法。
实施例1
一种在线逆变器并联系统自动校准方法，如图2，图2为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第一示意图；包括：步骤100、对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压；步骤200、利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出；步骤300、循环执行步骤100-步骤200，直到第一逆变输出小于规定阈值；其中，第一逆变输出包括最大输出误差及均流度；规定阈值包括第一阈值及第二阈值；第一阈值为逆变器模块输出电压的最大误差阈值；第二阈值为逆变器模块输出电流的均流度阈值。通过利用CAN总线通讯技术发送/获取电压采样值，对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，并利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，使得各采样环节趋于一致，校正了采样电路精度问题带来的输出电压误差和均流度。在对系统进行增机扩容时，采取新机的电压采样值作为基准电压，从而使系统的输出电压更加趋于出厂设定。本方法无需增加硬件电路，无需停机手动校准。在并联情形下对输出电压进行校准时，无需在校准过程中对不同负载的采样信息进行切换，极大简化了系统的维护和升级过程。
由于采样电路及数字处理器MCU采样精度的问题，在在线逆变器并联系统中，各个逆变器模块的采样环节不一致，产生的误差也不同，容易导致并机失败或者均流度超出规定阈值。由于精度问题，在利用电压采样值进行输出电压的校正时，输出电压的电压采样值包括扰动及真实电压值，但是我们无法将扰动从真实的采样值中分离出来，我们所得到真实值Vreal需要额外增加外部电路或者检测装置得到，这使得校正系统的复杂性和成本都大大增加。因此需要对系统的实时电压数据进行校准，即为第一校准，依此获得基准电压。然后再利用基准电压对每个逆变器模块的输出电压进行校准，即为第二校准。通过循环执行第一校准和第二校准，使得采样环节趋于一致，各个逆变器模块的第一逆变输出小于规定阈值，大大降低逆变电压的最大输出误差，提高了均流度。
优选地，如图3，图3为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第二示意图；步骤100包括：
步骤110、获取所述逆变器并联系统前一次第二校准中的所有逆变器模块的公共负载点的电压采样值，获取第一电压采样值；步骤120、对第一电压采样值求采样平均值，将采样平均值作为本次校准的基准电压；步骤130、利用基准电压对各逆变器模块的实时电压数据进行第一校准。
第二校准对各逆变器模块的输出电压和输出电流进行校准，在逆变器模块的输出通道上设置有采样电路，从而获取输出电压的电压采样值，如图1，图1为本发明在线逆变器并联系统自动校准模块连接示意图；
上一次循环中，所有逆变器模块输出电压的第一电压采样值的平均值Vrms_average作为下次循环中的系统的基准电压：
(1)
(2)
第一校准主机可以通过CAN总线进行获取和发送，具体的，如图4，图4为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第三示意图；可以实施为，步骤110包括：步骤111、将逆变器并联系统中任一逆变器模块作为第一校准主机；步骤112、将第一校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；步骤113、逆变器模块利用CAN总线获取/发送第一电压采样值。第一校准主机可以通过CAN总线收集第一电压采样值，对基准电压进行采样，利用电压采样值及逆变输出通道上的校准电路（Calibration Part）参与本逆变器模块的校正，即进行第二校准，具体的，可以实施为：
如图5，图5为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第四示意图；步骤200包括：步骤210、利用积分单元对各逆变器模块的采样电路进行阶跃扰动消除；步骤220、利用采样电路对基准电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值；步骤230、利用电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准。
在采样电路（Sample Part）增加积分单元，来消除扰动，具体的，将逆变器模块输出电压采样通道上引入的误差记为（因其随时间变化缓慢，可用一常数近似），则其在频域中表示为/>，如图 1 所示，为了消除此阶跃扰动，可以在引入扰动的位置前增加一个积分环节。
扰动部分带来的稳态误差为:
(3)
其中，E（s）表示频域中采样电路的扰动误差，s是频实施例域的拉普拉斯算子。
在图1中，，/>，分别为A机和B机逆变电压采样误差经过积分采样单元后的调节量，/>是主机的逆变电压调节量。
均流度为在线逆变器系统中的一个重要参数，其关系着并联系统的并机成功与否，要获取良好的均流度，首先计算校准电压，具体的，可以实施为：
如图6，图6为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第五示意图；步骤230包括：步骤231、以规定时间间隔及规定周期对各逆变器模块的输出电压进行第二校准，获取校准电压；步骤232、获取并联系统中所有逆变器模块的校准电压；步骤233、利用校准电压获取逆变器模块输出电压的最大输出误差；其中，最大输出误差为经过第二校准的最大校准电压与最小校准电压的峰值的差值。
进一步地，获取校准电流并利用校准电流计算均流度，具体的，如图7，图7为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第六示意图；步骤230还包括：步骤234、利用所述校准电压获取并联系统中所有逆变器模块的校准电流；步骤235、利用校准电流获取逆变器模块输出电流的均流度；其中，均流度为经过第二校准的最大校准电流与最小校准电流的峰值的差值。
在一个实施例中，采样电路的电压采样分压电阻的温度漂移，造成并联的 A、B逆变器模块存在0.6V的采样误差，
在线逆变器并联系统自动校准与未进行自动校准均流度相差较大，具体的，没有进行自动校准的系统两台逆变器模块均流度很差，电流不均流度约为55.6%，远大于10%的规格范围。进行自动校准后的均流度显著变好，经过几次校准后，两台模块的输出电流趋于相等。
在一个实施例中，以两台3相15kVA逆变器并联系统为例，带4kΩ阻性负载，单机情况下，通过手动对采样电阻值调整发生偏移，使得a逆变器模块的输出电压为231.2V，b逆变器模块的输出电压为230.1V。进行并机带载测试。
电流不均流度与均流度呈反相关关系。
在在线逆变器并联系统电阻性负载未自动校准的电流波形实施方式中，当Ia峰=11.9A，Ib峰=7.0A时，电流不均流度25.9%，
在在线逆变器并联系统电阻性负载一次自动校准电流波形实施方式中，当Ia峰=10.7A，Ib峰=8.8A时，电流不均流度9.7%
在在线逆变器并联系统电阻性负载二次自动校准电流波形实施方式中，当Ia峰=9.6A，Ib峰=9.3A时，电流不均流度1.6%。
在一个实施例中，以两台3相15kVA逆变器并联系统为例，为RCD负载类型，负载参数为2KΩ（R）+8200uF（C），通过手动对采样电阻值调整发生偏移，使得a逆变器模块的输出电压为231.2V，b逆变器模块的输出电压为230.1V。进行并机带载测试。
在在线逆变器并联系统RCD负载未自动校准电流波形实施方式中，当Ia峰=17A，Ib峰=12.1A时，电流不均流度15.8%。
在在线逆变器并联系统RCD负载一次自动校准电流波形实施方式中，当Ia峰=14.9A，Ib峰=13.9A时，电流不均流度3.85%。
在在线逆变器并联系统RCD负载二次自动校准电流波形实施方式中，当Ia峰=14.5A，Ib峰=14.3A时，电流不均流度0.7%。
在本实施方式中，Ia峰, Ib峰分别为A机和B机逆变输出电流的峰值。
经过多次进行第一校准和第二校准，均流度越来越趋于稳定，不均流度越来越小，当不均流度小于设定目标值后，可以更新存储校正参数，并停止校正。
在在线逆变器并联系统电阻性负载动态校准过程电流波形实施方式中，当负载为电阻性负载时，容易出现谐振现象，因此需要：
步骤700、改变每一积分单元的积分增益，以消除电流谐振，其中，所述逆变器并联系统的负载为电阻性负载。
为了减小校准过程中的电流变化速度，避免系统潜在的不稳定因素，可以采用减小积分环节的增益Ks来避免上述电流谐振现象。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中还可以对并联系统进行增加扩容，具体的，如图8，图8为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第七示意图；还包括：
步骤400、对逆变器并联系统进行増机扩容；步骤500、将新增加的逆变器模块作为第二校准主机；步骤600、将第二校准主机的电压采样值作为基准电压进行校准。
进一步地，如图9，图9为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第八示意图；步骤500包括：
步骤510、将第二校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；步骤520、逆变器模块利用CAN总线获取/发送电压采样值。
进一步地，如图10，图10为本发明在线逆变器并联系统自动校准方法流程第九示意图；步骤600包括：
步骤610、利用积分单元对第二校准主机的采样电路进行阶跃扰动消除；
步骤620、利用采样电路对逆变器输出电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值。
实施本发明所述中的在线逆变器并联系统自动校准方法，通过利用CAN总线通讯技术发送/获取电压采样值，对逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，并利用基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，使得各采样环节趋于一致，校正了采样电路精度问题带来的输出电压误差和均流度。在对系统进行增机扩容时，采取新机的电压采样值作为基准电压，从而使系统的输出电压更加趋于出厂设定。本方法无需增加硬件电路，无需停机手动校准。在并联情形下对输出电压进行校准时，无需在校准过程中对不同负载的采样信息进行切换，极大简化了系统的维护和升级过程。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，包括步骤：
对所述逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压；
利用所述基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出；
循环执行上述步骤，直到所述第一逆变输出小于规定阈值；
其中，所述第一逆变输出包括最大输出误差及均流度；
所述规定阈值包括第一阈值及第二阈值；
所述第一阈值为逆变器模块输出电压的最大误差阈值；
所述第二阈值为逆变器模块输出电流的均流度阈值；
所述步骤：对所述逆变器并联系统的实时电压数据进行第一校准，获取基准电压，包括步骤：
获取所述逆变器并联系统前一次第二校准中的所有逆变器模块的公共负载点的电压采样值，获取第一电压采样值；
对第一电压采样值求采样平均值，将采样平均值作为本次校准的基准电压；
利用基准电压对各逆变器模块的实时电压数据进行第一校准；
所述步骤：利用所述基准电压对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，获取第一逆变输出，包括步骤：
利用积分单元对各逆变器模块的采样电路进行阶跃扰动消除；
利用采样电路对基准电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值；
利用电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准；
其中，最大误差阈值为逆变电压最大输出误差的阈值，均流度阈值为为经过第二校准的最大校准电流与最小校准电流的峰值差值的阈值。
2.根据权利要求1所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，所述步骤：获取所述逆变器并联系统前一次第二校准中的所有逆变器模块的公共负载点的电压采样值，获取第一电压采样值，包括步骤：
将所述逆变器并联系统中任一逆变器模块作为第一校准主机；
将所述第一校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；
所述逆变器模块利用所述CAN总线获取/发送所述第一电压采样值。
3.根据权利要求2所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，所述步骤：利用所述电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，包括步骤：
以规定时间间隔及规定周期对各逆变器模块的输出电压进行第二校准，获取校准电压；
获取并联系统中所有逆变器模块的校准电压；
利用所述校准电压获取所述逆变器模块输出电压的最大输出误差；
其中，所述最大输出误差为经过第二校准的最大校准电压与最小校准电压的峰值的差值。
4.根据权利要求3所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，所述步骤：利用所述电压采样值对各逆变器模块的逆变输出进行第二校准，还包括步骤：
利用所述校准电压获取并联系统中所有逆变器模块的校准电流；
利用所述校准电流获取所述逆变器模块输出电流的均流度；
其中，所述均流度为经过第二校准的最大校准电流与最小校准电流的峰值的差值。
5.根据权利要求1所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，还包括步骤：
对所述逆变器并联系统进行増机扩容；
将新增加的逆变器模块作为第二校准主机；
将所述第二校准主机的电压采样值作为基准电压进行校准。
6.根据权利要求5所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，所述步骤：将新增加的逆变器模块作为第二校准主机，包括步骤：
将所述第二校准主机通过CAN总线与其他逆变器模块进行通讯连接；
所述逆变器模块利用所述CAN总线获取/发送电压采样值。
7.根据权利要求6所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，所述步骤：将所述第二校准主机的电压采样值作为基准电压进行校准，包括步骤：
利用积分单元对所述第二校准主机的采样电路进行阶跃扰动消除；
利用采样电路对逆变器输出电压进行采样，获取本次第二校准中的电压采样值。
8.根据权利要求3、4、7任一所述的在线逆变器并联系统自动校准方法，其特征在于，还包括步骤：
改变每一积分单元的积分增益，以消除电流谐振，其中，所述逆变器并联系统的负载为电阻性负载。
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