本发明涉及逆变器领域，尤其涉及一种逆变器调节方法及系统。
背景技术：
随着化石能源的枯竭及其对环境造成的危害日趋严重，太阳能作为一种清洁能源得以迅猛发展，并网逆变器的应用变得更为广泛，其稳定性和高效性也越来越受到关注。光伏并网发电系统包括光伏阵列和逆变器，用于把光照转换的电能输送到电网中，光伏阵列产生的直流电通过逆变器变换为交流电馈送到电网。逆变器的一个典型电路如图1所示，包括光伏阵列101，Boost升压电路102、三相功率器件(多为IGBT)逆变桥103、LC滤波电路104和电网105(市电或其他电网)，以及对逆变器进行控制的控制器，控制器可以用DSP实现。图1中D轴电流反馈Id和Q轴电流反馈Iq通过Ia、Ib、Ic进行变换得到。
在逆变器设计之初，往往会根据理想的硬件参数或实验数据来设计闭环系统。但随着并网电流增大，逆变电感饱和度增加，感值跌落严重，高阻抗的电网环境也会使闭环系统与控制器参数偏移，导致并网电流发生振荡，引入谐波。考虑带有直流环节的两级式逆变器，由于自然环境和设备老化，与电容并联的PV(Photovoltaic，光伏)阻抗也在实时变化，导致动态响应不足或过激，鲁棒性变差，直接影响逆变器的并网电流质量。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种逆变器调节方法和装置，能够调节逆变器的参数，解决逆变器动态响应不足，系统振荡、电流谐波问题，进而提高逆变器的并网电流质量。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种逆变器调节方法，应用于包括至少一个闭环系统的逆变器，所述闭环系统包括受控对象和控制器，包括：
扫频测试步骤，包括：向所述逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；
建模步骤，包括：根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；
第一调节步骤，包括：调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件后，将所述控制器模型的当前参数传输给所述控制器。
在本发明的一实施例中，所述方法还包括，在发送所述扫频指令前，向所述逆变器发送功能控制指令，指示所述逆变器停止所述逆变器的最大功率点跟踪功能和孤岛检测功能。
在本发明的一实施例中，所述扫频信号信息包括：扫频信号的频率范围，扫频步长，每个扫频信号持续时长。
在本发明的一实施例中，接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号包括：
接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述控制器的输出信号的频率、幅值和相位信息，接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述闭环系统的反馈信号的频率、幅值和相位信息。
在本发明的一实施例中，所述方法还包括，第二调节步骤，包括：将所述将控制器模型的当前参数传输给所述控制器后，重复执行如下操作，直到所述闭环系统的性能参数满足所述第二预设条件：
重新执行所述扫描测试步骤，根据所述逆变器的闭环系统当前的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，则执行所述建模步骤建立新的受控对象模型和控制器模型，根据该新的受控对象模型和控制器模型调节所述控制器的参数。
本发明实施例还提供一种逆变器调节装置，包括：扫频控制模块、数据接收模块、建模模块、调节模块和配置模块，其中：
所述扫频控制模块用于，向逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；
所述数据接收模块用于，接收并保存所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；
所述建模模块用于，根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；
所述调节模块用于，调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件；
所述配置模块用于，在所述测试结果满足所述第一预设条件后，将所述控制器模型的当前参数传输给所述控制器。
在本发明的一实施例中，所述扫频控制模块还用于，在发送所述扫频指令前，向所述逆变器发送功能控制指令，指示所述逆变器停止所述逆变器的最大功率点跟踪功能和孤岛检测功能。
在本发明的一实施例中，所述扫频信号信息包括：扫频信号的频率范围，扫频步长，每个扫频信号持续时长。
在本发明的一实施例中，所述数据接收模块接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号包括：接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述控制器的输出信号的频率、幅值和相位信息，接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述闭环系统的反馈信号的频率、幅值和相位信息。
在本发明的一实施例中，所述扫频控制模块还用于，在所述配置模块将控制器模型的当前参数传输给所述控制器后，重新发送扫频指令至所述逆变器；
所述数据接收模块还用于，接收所述逆变器发送的新的扫频信号及对应的响应信号；
所述建模模块还用于，根据所述新的扫频信号及对应的响应信号建立新的受控对象模型和控制器模型；
所述调节模块还用于，根据当前接收到的闭环系统的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，重复执行如下操作，直到所述闭环系统的性能参数满足所述第二预设条件：
指示所述扫频控制模块重新发送扫频指令至所述逆变器，根据所述逆变器发送的闭环系统当前的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，则根据所述建模模块建立的新的新的受控对象模型和控制器模型指示所述配置模块调节所述控制器的参数；
所述配置模块还用于，根据所述调节模块的指示，调节所述控制器的参数。
本发明实施例通过对闭环系统进行扫频测试分析，进而利用系统响应数据进行等效数学模型拟合建立，可以实现对逆变器闭环系统的建模，并通过对建立的模型进行系统分析，调节控制器参数进行仿真测试，最终将符合要求的控制器参数传给逆变器的控制器，从而完成在不同电气环境下的控制系统调整，对加快系统响应速度、带宽获取和避免系统振荡增加谐波有直接作用。另外，本发明实施例提供的技术方案可以不在逆变器中新增任何硬件电路，可以只通过软件实现，不增加硬件成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为现有光伏逆变器电路示意图；
图2为本发明实施例逆变器调节方法流程图；
图3为本发明实施例逆变器调节装置流程图；
图4为本发明实施例逆变器和逆变器调节装置框图；
图5为闭环模式的频率响应测试示意图；
图6为开环模式的频率响应测试示意图；
图7为本发明实施例使用的仿真测试模型框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
自动控制系统中受控对象模型的建立，主要有建模法和系统辨识两个途径：建模法即是根据物理关系推导出数学模型，但对于光伏逆变器来说，由于系统内各个环节复杂性和多变性，很难用建模法推导出数学模型；系统辨识是在输入输出数据的基础上，从一组给定的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。即通过系统的运行或试验，得到关于系统的有关数据，然后通过计算处理，建立起受控对象和控制系统的数学模型。本发明实施例中通过系统辨识方法来建立受控对象和闭环系统的模型，根据该模型进行系统分析和控制器参数调节。
图2是本发明实施例提供的逆变器调节方法流程图，如图2所示，本发明实施例提供一种逆变器调节方法，应用于包括至少一个闭环系统的逆变器，所述闭环系统包括受控对象和控制器，包括：
扫频测试步骤201，包括：向所述逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；
建模步骤202，包括：根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；
第一调节步骤203，包括：调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件后，将所述控制器模型的当前参数传输给所述控制器。
其中，逆变器的闭环系统主要包括逆变器交流电流环、交流电压环、直流电流环和直流电压环，具体的，包括逆变电流环、BUS电压环、Boost电流环和PV电压环，可以使用本发明实施例的参数调节方法对各闭环系统进行建模和参数调节。
在本发明的一实施例中，建立受控对象模型包括：建立受控对象传递函数，建立控制器模型包括：建立控制器传递函数。
在本发明的一实施例中，执行所述扫频测试步骤前，停止所述逆变器的MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)功能和孤岛检测功能。从而保持闭环系统的指令、扰动处于恒定稳定状态。
在本发明的一实施例中，所述扫频信号信息包括：扫频信号的频率范围，扫频步长，每个扫频信号持续时长。扫频信号可以是正弦信号。逆变器根据扫频指令，从起始频率开始，以扫频步长逐渐加大扫频信号的频率，每个频率的扫频信号持续指定时长(比如几个周期)，将扫频信号输入到闭环系统，获取闭环系统的响应信号，该响应信号包括控制器的输出信号和闭环系统的反馈信号。
在本发明的一实施例中，接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号包括：
接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述控制器的输出信号的频率、幅值和相位信息，接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述闭环系统的反馈信号的频率、幅值和相位信息。
在本发明的一实施例中，除了进行仿真测试后，还可直接调节控制器参数来对系统进行调节，具体的，所述方法还包括，第二调节步骤，包括：将所述将控制器模型的当前参数传输给所述控制器后，重复执行如下操作，直到所述闭环系统的性能参数满足所述第二预设条件：
重新执行所述扫描测试步骤，根据所述逆变器的闭环系统当前的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，则执行所述建模步骤建立新的受控对象模型和控制器模型，根据该新的受控对象模型和控制器模型调节所述控制器的参数。
在本发明其他实施例中，第一调节步骤和第二调节步骤可交替进行。或者，不执行第一调节步骤，只执行第二调节步骤，直接调节控制器参数后进行扫频测试和建模，获取闭环系统的性能参数，从而实现控制器参数的调节。
在本发明一实施例中，调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件包括：
基于所述闭环系统模型进行仿真测试，获取测试结果，判断测试结果是否满足第一预设条件，如果不满足，则重复执行调节所述闭环系统模型中的控制器模型的参数，进行仿真测试，获取测试结果进行判断的操作，直到测试结果满足所述第一预设条件。第一预设条件可以根据系统需求设定。
在本发明一实施例中，所述方法还包括：基于所述受控对象模型和所述控制器模型进行系统分析，获取系统性能参数。其中，系统分析包括：带宽测试、伯德(Bode)图绘制、奈奎斯特(Nyguist)图绘制和零极点图绘制等，从而获取系统带宽，获得系统的时域和频域的性能指标。
在本发明的一实施例中，扫频指令发送给逆变器的数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，由逆变器的DSP来根据扫频指令执行扫频和响应信号的读取，以及对响应信号进行处理获得幅值、频率和相位信息。其中，可以通过快速傅里叶变换变换(FFT)来获得幅值和相位信息。当然，本申请不限于此，如果逆变器自身无DSP，则可外接DSP完成该工作，或者，直接由本发明实施例的逆变器调节装置进行扫频测试，以及响应信号的读取和处理。
图3是本发明实施例提供的逆变器调节装置框图，如图3所示，本发明实施例提供的一种逆变器调节装置包括：扫频控制模块301、数据接收模块302、建模模块303、调节模块304和配置模块305，其中：
所述扫频控制模块301用于，向所述逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；
所述数据接收模块302用于，接收并保存所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；
所述建模模块303用于，根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；
所述调节模块304用于，调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件；
所述配置模块305用于，在所述测试结果满足所述第一预设条件后，将所述控制器模型的当前参数传输给所述控制器。
在本发明的一实施例中，所述扫频控制模块301还用于，向所述逆变器发送功能控制指令，指示所述逆变器在向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号前，停止所述逆变器的最大功率点跟踪功能和孤岛检测功能。
在本发明的一实施例中，所述扫频信号信息包括：扫频信号的频率范围，扫频步长，每个扫频信号持续时长。
在本发明的一实施例中，所述数据接收模块302接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号包括：接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述控制器的输出信号的频率、幅值和相位信息，接收所述逆变器发送的扫频信号及其对应的所述闭环系统的反馈信号的频率、幅值和相位信息。
在本发明的一实施例中，所述扫频控制模块301还用于，在所述配置模块305将控制器模型的当前参数传输给所述控制器后，重新发送扫频指令至所述逆变器；
所述数据接收模块302还用于，接收所述逆变器发送的新的扫频信号及对应的响应信号；
所述建模模块303还用于，根据所述新的扫频信号及对应的响应信号建立新的受控对象模型和控制器模型；
所述调节模块304还用于，根据当前接收到的闭环系统的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，重复执行如下操作，直到所述闭环系统的性能参数满足所述第二预设条件：
指示扫频控制模块301重新发送扫频指令至所述逆变器，根据所述逆变器发送的闭环系统当前的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，则根据建模模块303建立的新的受控对象模型和控制器模型指示所述配置模块305调节所述控制器的参数；
所述配置模块305还用于，根据所述调节模块304的指示，调节所述控制器的参数。
在本发明一实施例中，所述逆变器调节装置还包括系统分析模块306，用于根据所述受控对象模型和所述控制器模型进行系统分析，获取系统性能参数。
逆变器调节装置中各模块中的技术处理细节请参考逆变器调节方法中的相关说明，此处不再赘述。
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
图4所示为本发明实施例包括逆变器调节装置和逆变器的系统示意图。如图4所示，包括逆变器调节装置401和逆变器402，逆变器调节装置包括扫频控制模块301、数据接收模块302、建模模块303和调节模块304、配置模块305和系统分析模块306，其中，该逆变器调节装置401可以通过软件实现，安装在一计算机中，称为上位机。逆变器包括DSP和逆变器其他硬件，DSP可以对逆变器进行控制，该DSP称为下位机，该DSP和与逆变器调节装置401之间通过通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)进行通讯。当然，也可以采用SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围接口)、CAN(Controller Area Network，控制器局域网)、I2C(Inter-Integrated Circuit，内部整合电路)进行通讯，本申请对此不作限制。本实施例中，逆变器调节装置401可以基于MATLAB软件开发平台搭建，当然，本申请不限于此，也可以使用其他软件实现。当然，也可以使用硬件方式实现。
其中，DSP(下位机)用于进行扫频测试和响应数据发送，上位机用于给下位机发送扫频指令、配置扫频信号信息、接收并存储下位机发送的数据、进行建模、进行仿真测试，在测试完成后将控制器模型的参数传输给控制器。
其中，DSP对闭环系统的给定信号注入不同频率的正弦信号，同时读取控制器的输出信号和闭环系统的反馈信号，通过快速傅里叶变换变换(FFT)计算出对应不同频率的幅值和相位信息，并利用UART将这些数据传输到上位机中。在上位机中，将频率、幅值和相位信息拟合成逆变器等效的受控对象模型和控制器模型。
其中，DSP端的扫频测试和响应数据采闭环模式和开环模式两种方案，闭环模式可以对闭环系统中的受控对象和闭环系统进行扫频测试和拟合建模，开环模式只能针对受控对象进行扫频测试和拟合建模。如图5所示，以闭环系统为Q轴电流环为例，闭环模式下的扫频测试时，输入扫频信号，获取Q轴电流环反馈信号和Q轴电流控制器的输出信号。如图6所示，以闭环系统为Q轴电流环为例，开环模式下的扫频测试时，输入扫频信号，获取Q轴电流环反馈信号。图5，图6仅示出部分电路，其他电路见图1。Q轴电流环反馈信号Iq通过对Ia、Ib、Ic进行变换得到。
本发明实施例提供的逆变器调节方法包括：
步骤501：逆变器调节装置401发送功能控制指令至DSP，禁止MPPT、孤岛检测功能，从而保持控制闭环指令、扰动处于恒定稳定状态；DSP接收到该功能控制指令后，禁止MPPT和孤岛检测功能；
步骤502，逆变器调节装置401发送扫频指令至DSP，扫频指令中携带扫频起始频率、扫频信号频率范围，扫频步长，扫频信号持续时长信息(可用采样点数指示)；
步骤503，DSP向闭环系统注入扫频信号，该扫频信号持续数个周期，采集响应信号，包括控制器的输出信号和闭环系统的响应信号；初始时扫频信号的频率为扫频起始频率；
步骤504，对采集到的数据进行快速傅里叶变换获取其幅值和相位，并将其存入指定数组；
步骤505，判断是否扫频结束，如果没有，将扫频信号的频率增加指定扫频步长，返回步骤503，如果结束，执行步骤506；
步骤506，将存满频率、幅值和相位的数组数据，通过通用异步收发器传输到逆变器调节装置401；
步骤507，逆变器调节装置401将所述频率、幅值和相位数据拟合成与受控对象等效的传递函数，和与控制器等效的传递函数，即建立受控对象模型和控制器模型；
其中，可以使用MATLAB软件自带的invfreqs函数进行数据拟合获取所述与受控对象等效的传递函数和与控制器等效的传递函数。当然，也可以根据需要使用其他拟合算法。
步骤508，对控制器传递函数和受控对象传递函数进行频域分析获取系统带宽等性能指标；
步骤509，调节控制器模型的参数，对基于控制器传递函数和受控对象传递函数建立的闭环系统模型进行仿真测试，获取测试结果，如果测试结果满足第一预设条件，将此时的控制器模型的参数传输到逆变器中，如果测试结果不满足第一预设条件，则重新调节控制器模型的参数进行仿真测试获取测试结果进行判断，重复该操作，直到测试结果满足第一预设条件。
其中，控制器模型的参数包括比例参数和积分参数。
其中，步骤509中，仿真模型可以基于Simulink平台搭建，仿真参数通过上位机界面在MATLAB工作区直接交互传递。当然，本申请不限于此，也可以使用其他平台搭建仿真模型。本发明实施例所用的仿真模型如图7所示，包括时间数据生成模块701、闭环系统参考信号生成模块702、闭环系统扰动测试信号生成模块703、时间数据接口704、低通滤波器705、控制器模型706、受控对象模型707、闭环系统参考信号数据接口708、受控对象仿真模型的系统响应数据接口709、当前控制器模型参数下的闭环系统模型的系统响应数据710、前一次控制器模型参数下的闭环系统模型的系统响应数据接口711、单位步长延时模块712。
本发明实施例中，控制器参数调节除了上述通过仿真测试的方法实现外，还可以通过手动调试方法，即直接调节控制器的参数，获取闭环系统的响应，判断是否满足系统性能要求，如果不满足，则继续调节控制器的参数，直到满足系统性能要求。其中，该过程中，也可以进行扫频测试和建模，进行控制器参数调节时，参考建立的控制器模型的参数进行调节。具体的，本发明实施例还提供一种逆变器调节方法，应用于包括至少一个闭环系统的逆变器，所述闭环系统包括受控对象和控制器，包括：
扫频测试步骤，包括：向所述逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；
建模步骤，包括：根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；
调节步骤，包括：根据所述逆变器的闭环系统当前的响应信号判断所述闭环系统的性能参数是否满足第二预设条件，如果不满足，则执行所述扫描测试步骤和建模步骤建立新的受控对象模型和控制器模型，根据该新的受控对象模型和控制器模型调节所述控制器的参数。
该实施例中，直接根据逆变器的输出判断系统性能参数是否满足要求，如果不满足，则建立受控对象模型和控制器模型，根据控制器模型调节控制器参数，因为受控对象模型和控制器模型是对逆变器的模拟，其参数与逆变器参数之间存在一定的对应关系，因此，可以参考控制器模型的参数，进行控制器参数的调节，并在控制器参数调节后，对该闭环系统进行测试，获得闭环系统的测试结果，判断该测试结果是否满足要求，经过多次调节从而使得逆变器闭环系统的性能达到要求。
此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被执行时实现上述的逆变器调节方法。
本发明实施例提供一种逆变器调节装置，包括：存储器和处理器，其中：
所述存储器用于，存放程序；
所述处理器用于，执行所述程序，以用于，向所述逆变器发送扫频指令，所述扫频指令中携带扫频信号信息，以使得所述逆变器根据所述扫频指令向所述闭环系统输入不同频率的扫频信号并获取对应的响应信号；接收所述逆变器发送的扫频信号及对应的响应信号；根据所述扫频信号及对应的响应信号，进行拟合建立所述受控对象的受控对象模型和所述控制器的控制器模型；调节所述控制器模型的参数，使得对所述受控对象模型和控制器模型组成的闭环系统模型进行仿真测试的测试结果满足第一预设条件后，将所述控制器模型的当前参数传输给所述控制器。
本发明实施例提供的逆变器调节方法，可以适用于离网或并网逆变器，其思想也可以扩展到其它如单相逆变器、UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)等逆变设备上。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。