一种模块化并网逆变器及其双电压环控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种模块化并网逆变器及其双电压环控制方法，该双电压环控制方法包括：中央控制器根据直流母线电压采样值和直流母线电压给定值通过系统电压控制环产生系统并网电流给定值，并将所述直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块，并网逆变器模块根据模块直流母线电压采样值和中央控制器传送的直流母线电压给定值通过模块电压控制环产生模块并网电流给定值，并结合中央控制器传送的系统并网电流给定值，产生最终的并网电流给定值。实施本发明的技术方案，保持了模块化并网逆变器良好的稳态性能，并改善了系统的动态性能，降低通讯总线对系统动态性能的不良影响，使得系统输入功率剧烈变化时，直流母线的电压波动大幅减小。
【专利说明】一种模块化并网逆变器及其双电压环控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术，更具体的说，涉及一种模块化并网逆变器及其双电压环控制方法。
【背景技术】
[0002]并网逆变器广泛用于新能源发电等领域。对于并网逆变器系统，效率高，可靠性好是重要的衡量指标。模块化并网逆变器在宽负载范围均可实现高效变换，其中一个模块故障不影响整机的运行，具有良好的可靠性，且易于维护。图1为一种模块化并网逆变器的系统结构图。该逆变器包括一个中央控制器和N个并网逆变器模块。所有模块的输入侧均为直流母线，输出侧均为交流电网。中央控制器通过通讯总线与各个模块内部的模块控制器实现信息交流。
[0003]针对模块化并网逆变器，目前现有技术中主要有两种控制方案:一种控制方案将其中一个模块作为主模块，母线电压控制环由主模块实现，输出用于产生并网电流控制环的电流给定值，同时主模块将母线电压控制环的输出值通过通讯总线传送给其它从模块。从模块仅执行并网电流控制环并根据主模块传送的输出值产生与主模块相同的并网电流控制环的电流给定值。该方案主模块与从模块地位不均等，一旦主模块故障会影响整个系统的稳定运行；另一种控制方案中母线电压控制环由中央控制器执行，并将母线电压控制环的输出传送给所有模块。各个模块仅执行单一的并网电流控制环，并网电流控制环的电流给定值根据接收到的母线电压控制环的输出值产生。该控制方案实现了各个模块的地位均等，任何一个模块故障均不影响系统的运行。然而通讯总线传输的速率会影响系统的控制性能，当功率大幅波动时，母线电压的波动较大。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对上述的模块化并网逆变器现有控制方案的缺陷，提供一种适用于模块化并网逆变器的实现各个模块地位均等，降低通讯速率对系统产生的不良影响的控制方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:采用一种适用于模块化并网逆变器的双电压环控制方法，该模块化并网逆变器包括中央控制器和若干个并网逆变器模块，所述的中央控制器获取直流母线电压和交流电网信息，通过通讯总线控制和监控所有并网逆变器模块的运行，所述的并网逆变器模块实现并网运行，向电网传输电能，该双电压环控制方法包括:
[0006]S101.中央控制器根据直流母线电压采样值和直流母线电压给定值通过系统电压控制环产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块；
[0007]S102.并网逆变器模块根据模块直流母线电压采样值和中央控制器传送的直流母线电压给定值通过模块电压控制环产生模块并网电流给定值，并结合中央控制器传送的系统并网电流给定值，产生最终的并网电流给定值。
[0008]在本发明所述的模块化并网逆变器的双电压环控制方法中，在所述步骤SlOl中，通过比例积分的方式，根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值。
[0009]在本发明所述的模块化并网逆变器的双电压环控制方法中，所述步骤S102包括:
[0010]S1021.通过比例或者比例积分的方式，根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值；
[0011]S1022.将模块并网电流给定值与中央控制器传送的系统并网电流给定值相加得到最终的并网电流给定值。
[0012]在本发明所述的模块化并网逆变器的双电压环控制方法中，所述的最终的并网电流给定值直接或者通过处理后作为后级并网电流控制环的给定值，用于控制并网电流的幅值大小，调节并网功率，实现直流母线电压的稳定。
[0013]本发明还构造一种模块化并网逆变器，该模块化并网逆变器包括中央控制器，模块控制器和控制部分，所述的中央控制器和所述的模块控制器之间通过通讯总线连接，传递控制信息和运行状态信息，所述的控制部分包括:
[0014]系统电压控制环单元，由中央控制器实现，用于根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值与系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块；
[0015]模块电压控制环单元，由模块控制器实现，用于根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值；
[0016]并网电流给定产生单元，由模块控制器实现，用于根据模块并网电流给定值和中央控制器传送的系统并网电流给定值产生最终的并网电流给定值；
[0017]在本发明所述的模块化并网逆变器中，所述的系统电压控制环单元包括:
[0018]第一加法器，用于产生直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差；
[0019]第一比例积分控制器，用于通过比例积分方式，根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值。
[0020]在本发明所述的模块化并网逆变器中，所述的模块电压控制环单元包括:
[0021]第二加法器，用于产生直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差；
[0022]第二比例控制器，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值。
[0023]在本发明所述的模块化并网逆变器中，所述的模块电压控制环单元包括:
[0024]第二加法器，用于产生直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差；
[0025]第二比例控制器，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值的比例输出部分；
[0026]第二积分控制器，用于通过积分方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值的衰减前的积分输出部分；
[0027]积分输出衰减器，用于将模块并网电流给定值衰减前的积分输出部分进行衰减产生衰减后的模块并网电流给定值的积分输出部分，无论衰减前是正值或者负值，经过一段时间，都衰减至O ;
[0028]第三加法器，用于根据模块并网电流给定值的比例输出部分和积分输出部分产生模块并网电流给定值。
[0029]在本发明所述的模块化并网逆变器中，所述的并网电流给定产生单元由第四加法器构成，将模块并网电流给定值和中央控制器传送的系统并网电流给定值相加产生最终的并网电流给定值。
[0030]实施本发明的技术方案，中央控制器根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差，通过系统电压控制环的控制可得到系统并网电流给定值，并将系统并网电流给定值和直流母线电压给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块，并网逆变器模块根据中央控制器传送的直流母线电压给定值和并网逆变器模块的直流母线电压采样值的差，通过模块电压控制环的控制可得到模块并网电流给定值，将模块并网电流给定值与中央控制器传送的系统并网电流给定值叠加可得到最终的并网电流给定值，通过处理作为后级模块并网电流控制环的电流给定值，根据所得到的并网电流给定值和模块并网电流采样值，通过模块并网电流控制环的控制可得到控制信号，该控制信号通过触发脉冲产生单元生成合适的触发脉冲控制逆变器的开关管，实现并网电流的控制。
[0031]本发明的优点是:存在中央控制器的系统电压控制环和并网逆变器模块的模块电压控制环，双电压控制环相互配合，保证系统稳态的运行性能，改善了系统的动态控制性能，降低了通讯总线对系统控制性能的不良影响，当功率剧烈变化时，大幅减小了直流母线电压的波动。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0033]图1是本发明的模块化并网逆变器的系统结构图；
[0034]图2是本发明的模块化并网逆变器的双电压环控制方法实施例的流程图；
[0035]图3是图2中步骤S102优选实施例的流程图；
[0036]图4是本发明的模块化并网逆变器的控制部分实施例的逻辑图；
[0037]图5是本发明的模块化并网逆变器的控制部分实施例一的控制框图；
[0038]图6是本发明的模块化并网逆变器的控制部分实施例二的控制框图；
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图进一步说明本发明。
[0040]首先说明的是，模块化并网逆变器包括中央控制器，模块控制器和控制部分，所述的中央控制器和所述的模块控制器之间通过通讯总线连接，传递控制信息和运行状态信息，所述的控制部分中，中央控制器根据直流母线电压采样值和直流母线电压给定值通过系统电压控制环产生系统并网电流给定值，并将所述直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块，并网逆变器模块根据模块直流母线电压采样值和中央控制器传送的直流母线电压给定值通过模块电压控制环产生模块并网电流给定值，并结合中央控制器传送的系统并网电流给定值，产生最终的并网电流给定值，所述的系统电压控制环和模块电压控制环相互配合，实现双电压环控制，保持了模块化并网逆变器良好的稳态性能，并改善了系统的动态性能，降低通讯总线对系统动态性能的不良影响，使得系统输入功率剧烈变化时，直流母线的电压波动大幅减小。
[0041]如图2所示，在本发明模块化并网逆变器的双电压环控制方法实施例的流程图中，该双电压环控制方法包括:
[0042]S101.中央控制器根据直流母线电压采样值和直流母线电压给定值通过系统电压控制环产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块；
[0043]S102.并网逆变器模块根据模块直流母线电压采样值和中央控制器传送的直流母线电压给定值通过模块电压控制环产生模块并网电流给定值，并结合中央控制器传送的系统并网电流给定值，产生最终的并网电流给定值。
[0044]优选地，在该实施例的步骤SlOl中，通过比例积分的方式，根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块。
[0045]优选地，如图3所示，该实施例的步骤S102可包括以下步骤:
[0046]S1021.通过比例或者比例积分的方式，根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值；
[0047]S1022.将模块并网电流给定值与中央控制器传送的系统并网电流给定值相加得到最终的并网电流给定值。
[0048]在本发明所述的模块化并网逆变器的双电压环控制方法中，所述的最终的并网电流给定值直接或者通过处理后作为后级并网电流控制环的给定值，用于控制并网电流的幅值大小，调节并网功率，实现直流母线电压的稳定。
[0049]应当说明的是，以上只是本发明的实施例，该实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，如，根据中央控制器的直流母线电压采样值和直流母线电压给定值产生系统并网电流给定值的方式有很多，本发明并不仅仅限定上述实施例给出的方式。另外，中央控制器与各个并网逆变器模块之间交互信息，可以有多种方式，本发明并不仅仅限定上述实施例给出的采用通讯总线的方式。
[0050]图4是本发明模块化并网逆变器的控制部分实施例的逻辑图，该控制部分包括:
[0051]系统电压控制环单元100，由中央控制器实现，用于根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值与系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块；
[0052]模块电压控制环单元200，由模块控制器实现，用于根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值；
[0053]并网电流给定产生单元300，由模块控制器实现，用于根据模块并网电流给定值和中央控制器传送的系统并网电流给定值产生最终的并网电流给定值；
[0054]优选地，在图5示出的本发明模块化并网逆变器的控制部分实施例一的控制框图，该控制部分包括中央控制器的系统电压控制环单元100，模块控制器的模块电压控制环单元200和并网电流给定产生单元300，其中，系统电压控制环单元100包括第一加法器111和第一比例积分控制器112，模块电压控制环单元200包括第二加法器211和第二比例控制器212，并网电流给定产生单元300包括第四加法器311，在该控制部分中:
[0055]第一加法器111，用于产生直流母线电压给定值vbusMf与中央控制器的直流母线电压采样值vbus—。的差；
[0056]第一比例积分控制器112，用于通过比例积分方式，根据直流母线电压给定值vbusMf与中央控制器的直流母线电压采样值V bus—。的差产生系统并网电流给定值i <s。
[0057]第二加法器211，用于产生直流母线电压给定值vbusMf与模块的直流母线电压采样值vbus—m的差；
[0058]第二比例控制器212，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值vbusMf与模块的直流母线电压采样值Vbusjl的差产生模块并网电流给定值i m;
[0059]第四加法器311，用于将模块并网电流给定值仁&和中央控制器传送的系统并网电流给定值iMf—s相加产生最终的并网电流给定值i Mf。
[0060]在图6示出的本发明模块化并网逆变器的控制部分实施例二的控制框图，该控制部分包括中央控制器的系统电压控制环单元100，模块控制器的模块电压控制环单元200和并网电流给定产生单元300，其中，系统电压控制环单元100包括第一加法器111和第一比例积分控制器112，模块电压控制环单元200包括第二加法器211，第二比例控制器212，第二积分控制器213，积分输出衰减器214和第三加法器215，并网电流给定产生单元300包括第四加法器311。应当说明的是，该实施例中的第一加法器111，第一比例积分控制器112，第二加法器211和第四加法器311分别与图5所示的实施例中的第一加法器111，第一比例积分控制器112，第二加法器211和第四加法器311的逻辑结构相同，在此不再赘述，以下仅说明不同的部分:
[0061]第二比例控制器212，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值vbusMf与模块的直流母线电压采样值Vbusjl的差产生模块并网电流给定值的比例输出部分i pMf;
[0062]第二积分控制器213，用于通过积分方式，根据直流母线电压给定值vbusMf与模块的直流母线电压采样值Vbusjl的差产生模块并网电流给定值衰减前的积分输出部分i iMf—b;
[0063]积分输出衰减器214，用于将模块并网电流给定值衰减前的积分输出部分iiMf b进行衰减产生衰减后的模块并网电流给定值的积分输出部分iiMf，无论衰减前iiMf—b是正值或者负值，经过一段时间，iiMf都衰减至O ;
[0064]第三加法器215，用于将模块并网电流给定值的比例输出部分ip,ef和模块并网电流给定值的衰减后的积分输出部分iiMf相加产生模块并网电流给定值i m。
[0065]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种模块化并网逆变器，该模块化并网逆变器包括中央控制器，模块控制器和控制部分，所述的中央控制器和所述的模块控制器之间通过通讯总线连接，传递控制信息和运行状态信息，其特征在于:所述的控制部分包括: 系统电压控制环单元，由中央控制器实现，用于根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值与系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块； 模块电压控制环单元，由模块控制器实现，用于根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值； 并网电流给定产生单元，由模块控制器实现，用于根据模块并网电流给定值和中央控制器传送的系统并网电流给定值产生最终的并网电流给定值。
2.根据权利要求1所述的模块化并网逆变器，其特征在于:所述的系统电压控制环单元包括: 第一加法器，用于产生直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差; 第一比例积分控制器，用于通过比例积分方式，根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值。
3.根据权利要求1所述的模块化并网逆变器，其特征在于:所述的模块电压控制环单元包括: 第二加法器，用于产生直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差； 第二比例控制器，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值。
4.根据权利要求1所述的模块化并网逆变器，其特征在于，所述的模块电压控制环单元包括: 第二加法器，用于产生直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差； 第二比例控制器，用于通过比例方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值的比例输出部分； 第二积分控制器，用于通过积分方式，根据直流母线电压给定值与模块的直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值的衰减前的积分输出部分； 积分输出衰减器，用于将模块并网电流给定值衰减前的积分输出部分进行衰减产生衰减后的模块并网电流给定值的积分输出部分，无论衰减前是正值或者负值，经过一段时间，都衰减至O ; 第三加法器，用于根据模块并网电流给定值的比例输出部分和积分输出部分产生模块并网电流给定值。
5.根据权利要求1所述的模块化并网逆变器，其特征在于:所述的并网电流给定产生单元由第四加法器构成，将模块并网电流给定值和中央控制器传送的系统并网电流给定值相加产生最终的并网电流给定值。
6.如权利要求1所述的一种模块化并网逆变器的双电压环控制方法，包括如下步骤: S101.中央控制器根据直流母线电压采样值和直流母线电压给定值通过系统电压控制环产生系统并网电流给定值，并将直流母线电压给定值和系统并网电流给定值通过通讯总线传送给各个并网逆变器模块； 8102.并网逆变器模块根据模块直流母线电压采样值和中央控制器传送的直流母线电压给定值通过模块电压控制环产生模块并网电流给定值，并结合中央控制器传送的系统并网电流给定值，产生最终的并网电流给定值。
7.根据权利要求6所述的双电压环控制方法，其特征在于:在所述步骤3101中，通过比例积分的方式，根据直流母线电压给定值与中央控制器的直流母线电压采样值的差产生系统并网电流给定值。
8.根据权利要求6所述的双电压环控制方法，其特征在于，所述步骤3102包括: 81021.通过比例或者比例积分的方式，根据中央控制器传送的直流母线电压给定值与模块直流母线电压采样值的差产生模块并网电流给定值； 81022.将模块并网电流给定值与中央控制器传送的系统并网电流给定值相加得到最终的并网电流给定值。
9.根据权利要求1所述的双电压环控制方法，其特征在于:3102所述的最终的并网电流给定值直接或者通过处理后作为后级并网电流控制环的给定值，用于控制并网电流的幅值大小，调节并网功率，实现直流母线电压的稳定。
【文档编号】H02M7/48GK104505858SQ201410827376
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】李威辰, 赵一, 杨波 申请人:杭州禾迈电力电子技术有限公司