一种基于UPS光伏离网逆变器并联的控制方法与流程

本发明涉及逆变器的控制技术领域，具体涉及一种基于UPS光伏离网逆变器并联的控制方法。

背景技术：

独立光伏离网发电系统可以作为UPS储能的一种解决方案，UPS能够对重要电力系统的供电提供保障，避免断电造成重大损失。对于较大功率的应用场合可以通过光伏离网逆变器的并联使用，维持负载的正常运行。

针对传统逆变器并联系统，根据有无互连线可分为有互连线并联控制技术和无互联线并联控制技术。有互连线的并联控制技术可以获得很好的均流效果，也大大简化了并联系统的控制，使得逆变电源并联更加容易实现，但是互连线的存在不仅限制了各逆变器之间的空间距离，而且容易引入干扰信号，不利于并联系统的可靠运行。而无互联线并联控制能够实现逆变模块相对完全独立，易实现冗余系统，提高系统的可靠性，同时能够解决有互连线中均流线限制逆变器的摆放位置和易受外界干扰的问题。

常规的UPS逆变电源常采用数字PID控制算法，数字PID控制又分为单闭环PID控制和双闭环PID控制。单闭环控制虽然采用有效值反馈相比，PID的快速响应能力有所提高，但还是有局限性，抗负载扰动能力较弱，识别负载扰动的影响相对滞后。双闭环控制的动态和静态性能较好，但对于处理器的性能要求很高，必须拥有非常高的处理速度。因此需要采用新的控制算法用以实现UPS光伏离网逆变器并联。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统逆变器并联采用基于PQ下垂特性的PI控制算法，在极端情况下稳态误差大、动态响应慢，从而造成电流均流效果差，甚至不能并联运行的技术缺陷，提供一种基于UPS光伏离网逆变器并联的控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于UPS光伏离网逆变器并联的控制方法，用于多台UPS光伏离网逆变器并联系统中控制各个逆变器的输出电压幅值和频率以及对负载均分，所述控制方法包括以下步骤：

S1、在每一个UPS光伏离网逆变器采样市电电压，检测负载端电压相位；

S2、在每一个UPS光伏离网逆变器采样逆变输出的瞬时电压U_o和电流i_o，计算瞬时有功功率P_k和无功功率Q_k；

S3、在逆变器并联系统中计算一个工频周期内有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k；

S4、在每一个UPS光伏离网逆变器利用瞬时有功功率P_k和无功功率Q_k，以及逆变器并联系统中一个工频周期内有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k，计算产生正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT；

S5、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT，得到内环电压参考值u_ref和定时器周期设定值T'；

S6、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述内环电压参考值u_ref，结合输出电压的瞬时值U^*_o，得到外环电流参考值i_ref；

S7、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述外环电流参考值i_ref，结合输出电流的瞬时值i^*_o，以及定时器周期设定值T'，得到输出电压的驱动信号PWM脉冲。

进一步地，所述步骤S4中计算产生正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT具体包括：

S41、根据UPS光伏离网逆变器的容量设定本逆变器的电压下垂系数n和频率下垂系数m，利用采样负载端电压设定参考值V_o；

S42、根据UPS光伏离网逆变器输出当前工频周期有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k，以及前一工频周期有功功率平均值P^*_k-1和无功功率平均值Q^*_k-1，计算输出电压幅值V，以及频率调整初值Δt；

S43、由输出电压幅值V和输出电压设定参考值V_o，产生正弦表的幅值调整系数K_vz，由频率调整系数K₁和频率调整初值Δt，产生频率调整值ΔT。

进一步地，所述步骤S6包括：

S61、计算所述内环电压参考值u_ref与输出电压的瞬时值U^*_o的偏差值，得到当前PWM周期系统偏差值e_k和前一个PWM周期系统偏差值e_k-1；

S62、计算当前PWM周期系统偏差值e_k与前一个PWM周期系统偏差值e_k-1的偏差变化率，得到系统偏差变化率Δe；

S63、根据当前PWM周期系统偏差值e_k和系统偏差变化率Δe，作为模糊控制器的输入语言变量，结合三角形隶属度函数，得到PID参数K_p、K_I、K_D；

S64、根据所述内环电压参考值u_ref与所述输出电压的瞬时值U^*_o，以及所述PID参数K_p、K_I、K_D，得到外环电流参考值i_ref。

进一步地，所述步骤S1中市电电压的有效值为0，当检测到负载端电压过零点时即启动UPS光伏离网逆变器工作。

进一步地，所述正弦表的幅值调整系数K_vz的取值范围为(0,1)，所述频率调整值ΔT的取值范围为(0,50)。

进一步地，所述系统偏差值e_k，所述系统偏差变化率Δe，所述PID参数K_p、K_I、K_D模糊集上的基本论域为：

e_k，Δe，K_p，K_I，K_D＝(-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4)，

其模糊子集为e_k，Δe，K_p，K_I，K_D＝{NB，NS，ZE，PS，PB}，子集元素分别代表负大，负小，零，正小，正大。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明用于UPS光伏离网逆变器并联系统的控制，可以实现系统的冗余，提高系统的可靠性,能够解决一般逆变器并联对于摆放位置的限制和易受外界干扰的问题。

附图说明

图1是本发明实施例公开的基于UPS光伏离网逆变器的结构框图；

图2是本发明实施例公开的基于UPS光伏离网逆变器并联控制系统示意图；

图3是本发明实施例公开的基于UPS光伏离网逆变器并联控制方法的步骤流程图；

图4是本发明实施例公开的基于UPS光伏离网逆变器并联控制方法的模糊PID原理结构图；

图5是本发明实施例中模糊集的隶属度函数图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例

本发明的实施例中，每一个UPS光伏离网逆变器都可以作为一个独立的模块，通过负载端电压的采样，UPS光伏离网逆变器的输出电压、电流采样，利用PQ下垂特性，计算本UPS光伏离网逆变器的输出控制量，实现无互联线的并联控制。其模块结构如图1所示，太阳能板通过充电控制电路为蓄电池充电，蓄电池储存电能在市电断电情况下，逆变输出为负载供电。

图2是本发明实施例公开的UPS光伏离网逆变器并联控制系统示意图。如图2所示，通过采样负载端交流母线的电压和电流，计算有功功率P和无功功率Q，由PQ下垂控制方程得到正弦表幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT，查询正弦表并与正弦表幅值调整系数K_vz运算，得到内环电压参考值u_ref，通过模糊PID运算后，得到外环电流参考值i_ref，通过外环电流环PI运算，输出电压的驱动信号PWM脉冲，其中频率调整值ΔT，通过调整PWM的周期值，进而调整频率。

图3是本发明实施例的UPS光伏离网逆变器并联控制方法的步骤流程图。如图3所示，本发明中公开的UPS光伏离网逆变器并联控制方法，包括如下步骤：

S1、在每一个UPS光伏离网逆变器采样市电电压，检测负载端电压相位；

S2、在每一个UPS光伏离网逆变器采样逆变输出的瞬时电压U_o和电流i_o，计算瞬时有功功率P_k和无功功率Q_k；

S3、在逆变器并联系统中计算一个工频周期内有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k；

S4、在每一个UPS光伏离网逆变器利用瞬时有功功率P_k和无功功率Q_k，以及逆变器并联系统中一个工频周期内有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k，计算产生正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT；

S5、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT，得到内环电压参考值u_ref和定时器周期设定值T'；

S6、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述内环电压参考值u_ref，结合输出电压的瞬时值U^*_o，得到外环电流参考值i_ref；

S7、在每一个UPS光伏离网逆变器利用所述外环电流参考值i_ref，结合输出电流的瞬时值i^*_o，以及定时器周期设定值T'，得到输出电压的驱动信号PWM脉冲。

在实际操作中，采样市电电压有效值为0，检测负载端电压过零点启动UPS光伏离网逆变器工作。

在所述步骤S4中计算产生正弦表的幅值调整系数K_vz和频率调整值ΔT时，按如下步骤进行：

S41、根据UPS光伏离网逆变器的容量设定本逆变器的电压下垂系数n和频率下垂系数m，利用采样负载端电压设定参考值V_o；

S42、根据UPS光伏离网逆变器输出当前工频周期有功功率平均值P^*_k和无功功率平均值Q^*_k，以及前一工频周期有功功率平均值P^*_k-1和无功功率平均值Q^*_k-1，计算输出电压幅值V，以及频率调整初值Δt；

S43、由输出电压幅值V和输出电压设定参考值V_o，产生正弦表的幅值调整系数K_vz，由频率调整系数K₁和频率调整初值Δt，产生频率调整值ΔT。

图4是本发明实施例UPS光伏离网逆变器并联控制方法的模糊PID原理结构图。如图4所示，在所述步骤S6中计算外环电流参考值i_ref时，按如下步骤进行：

S61、计算内环电压参考值u_ref与输出电压的瞬时值U^*_o的偏差值，得到当前PWM周期系统偏差值e_k和前一个PWM周期系统偏差值e_k-1；

S62、计算当前PWM周期系统偏差值e_k与前一个PWM周期系统偏差值e_k-1的偏差变化率，得到系统偏差变化率Δe；

S63、根据当前PWM周期系统偏差值e_k和系统偏差变化率Δe，作为模糊控制器的输入语言变量，结合三角形隶属度函数，得到PID参数K_p、K_I、K_D；

S64、根据内环电压参考值u_ref与输出电压的瞬时值U^*_o，以及PID参数K_p、K_I、K_D，得到外环电流参考值i_ref；

在实际操作中，正弦表的幅值调整系数0<K_vz<1，频率调整值0<ΔT<50。

在实际操作中，所述系统偏差值e_k，系统偏差变化率Δe，PID参数K_p、K_I、K_D模糊集上的基本论域为：

e_k，Δe，K_p，K_I，K_D＝(-4，-3，-2，-1,0，1，2，3，4)，

其模糊子集为e_k，Δe，K_p，K_I，K_D＝{NB，NS，ZE，PS，PB}，子集元素分别代表负大，负小，零，正小，正大，其隶属度函数如图5所示。

综上所述，本实施例针对传统逆变器并联采用基于PQ下垂特性的PI控制算法，在极端情况下稳态误差大、动态响应慢，从而造成电流均流效果差，甚至不能并联运行的技术缺陷，提供一种基于UPS光伏离网逆变器并联的控制方法，该方法应用于UPS光伏离网逆变器并联系统的控制后可以实现系统的冗余，提高系统的可靠性,能够解决一般逆变器并联对于摆放位置的限制和易受外界干扰的问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。