并网循环控制系统、方法和逆变器与流程

本发明属于光伏并网技术领域，尤其涉及一种并网循环控制系统、方法和逆变器。

背景技术：

近年来，在建和建成的光伏电站越来越多，为了电网运行安全，提高逆变器逆变波形质量迫在眉睫。现在世界上甚至有80％以上的系统采用的是PI(Proportional Integral，比例积分)控制逆变器，通过这种双环的控制方式很好的提高了发电系统的效率，但是PI控制的光伏信号相对应并网信号误差大，光伏并网逆变的总谐波失真度高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种并网循环控制系统、方法和逆变器，以解决传统控制器控制的光伏信号相对应并网信号误差大，光伏并网逆变的总谐波失真度高的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种并网循环控制系统，包括：

逆变模块，用于将外部光伏发电设备输出的光伏直流信号转换为第一光伏交流信号；

基准源，用于生成并网标准信号，该并网标准信号为并入电网的交流信号；

差值积分模块，用于将所述并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，并对所述差值信号进行积分得到误差信号；

加法模块，用于根据所述误差信号与所述并网标准信号得到误差控制信号；

开关控制模块，用于根据所述误差控制信号调节开关占空比以使所述逆变模块输出第二光伏交流信号；所述逆变模块还用于在所述第二光伏交流信号与所述并网标准信号的差值满足阈值时将所述第二光伏交流信号并入电网。

可选的，所述并网循环控制系统还包括：

滤波模块，用于将所述第一光伏交流信号进行滤波处理并输入到所述第一模数转换器；

第一模数转换器，用于将滤波后的所述第一光伏交流信号进行模数转换处理并输入到所述差值积分模块；

第二模数转换器，用于将所述并网标准信号进行模数转换处理并输入到所述差值积分模块。

可选的，所述滤波模块包括：第一电感、第一电阻、第二电感和第一电容；

所述第一电感的第一端与所述逆变模块连接，所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端与所述第二电感的第一端和所述第一电容的第一端均连接；所述第二电感的第二端与所述第一模数转换器连接；所述第一电容的第二端接地。

可选的，所述并网循环控制系统还包括：

所述第一增益模块，用于将所述第一模数转换器输出的信号的幅值增益为预设幅值，并将增益后的该信号输入到所述差值积分模块；

所述第二增益模块，用于将所述第二模数转换器输出的信号的幅值增益为预设幅值，并将增益后的该信号输入到所述差值积分模块。

可选的，所述开关控制模块为PWM控制器。

本发明实施例第二方面提供了一种并网循环控制方法，包括：

获取外部光伏发电设备输出的光伏直流信号，并通过逆变模块将所述光伏直流信号转换为第一光伏交流信号；

将并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，并对所述差值信号进行积分得到误差信号；所述并网标准信号为并入电网的交流信号；

根据所述误差信号与所述并网标准信号得到误差控制信号；

开关控制模块根据所述误差控制信号调节开关占空比以使所述逆变模块输出第二光伏交流信号；

在所述第二光伏交流信号与所述并网标准信号的差值满足阈值时将所述第二光伏交流信号并入电网。

可选的，所述将并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，包括：

对所述第一光伏交流信号进行滤波处理，将滤波后的所述第一光伏交流信号进行模数转换得到离散光伏信号；

将所述并网标准信号进行模数转换得到离散标准信号；

将所述离散标准信号与所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号。

可选的，所述将所述离散标准信号与所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号，包括：

将所述离散标准信号的幅值增益为预设幅值，将所述离散光伏信号的幅值增益为预设幅值；

将增益后的所述离散标准信号和增益后的所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号。

本发明实施例第三方面提供了一种逆变器，包括壳体、触摸显示模块、温度监测模块和降温模块，还包括如实施例第一方面提供的任一项所述的并网循环控制系统；

所述触摸显示模块与所述并网循环控制系统连接，所述温度监测模块与所述降温模块连接；所述触摸显示模块、所述并网循环控制系统、所述温度监测模块和所述降温模块均设置在所述壳体内。

可选的，所述逆变器还包括：通信接口；

所述通信接口与所述触摸显示模块连接；外部终端通过所述通信接口与所述触摸显示模块进行数据传输。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：逆变模块将光伏直流信号转换为第一光伏交流信号，差值积分模块将并网标准信号与第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，即得到光伏信号与并网标准信号之间的误差；加法模块根据误差信号与并网标准信号得到误差控制信号，开关控制模块根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块输出第二光伏交流信号，即通过光伏信号与并网标准信号的误差修正逆变模块输出的光伏交流信号，有效消除光伏信号与并网信号之间的相位和幅值误差，第二光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值时将第二光伏交流信号并入电网，降低了光伏并网逆变的总谐波失真度，使并入电网的光伏信号有很好的周期性、鲁棒性和伺服性。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的并网循环控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种并网循环控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的并网循环控制方法的实现流程示意图；

图4是图3中步骤S302的具体实现流程示意图；

图5是图4中步骤S403的具体实现流程示意图；

图6是本发明实施例提供的逆变器的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、模块以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

参见图1，为本实施例中并网循环控制系统的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。所述并网循环控制系统包括：逆变模块110、基准源120、差值积分模块130、加法模块140和开关控制模块150。逆变模块110与差值积分模块130和开关控制模块150均连接，基准源120与差值积分模块130和加法模块140均连接，差值积分模块130与加法模块140连接，加法模块140与开关控制模块150连接。本实施例的并网循环控制系统可以用于三相或单相家庭式光伏并网系统。

逆变模块110将外部光伏发电设备输出的光伏直流信号转换为第一光伏交流信号；基准源120生成并网标准信号，该并网标准信号为并入电网的交流信号，即符合电网需要的交流信号；差值积分模块130将所述并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，并对所述差值信号进行积分得到误差信号；加法模块140根据所述误差信号与所述并网标准信号得到误差控制信号。

开关控制模块150根据所述误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第二光伏交流信号，实现光伏交流信号的周期延迟，修正光伏交流信号的幅值和相位；逆变模块110还在所述第二光伏交流信号与所述并网标准信号的差值满足阈值时将所述第二光伏交流信号并入电网，例如第二光伏交流信号与所述并网标准信号的幅值差值和相位差值同时满足阈值时将所述第二光伏交流信号并入电网。

如果第二光伏交流信号与所述并网标准信号不相同时，差值积分模块130将第二光伏交流信号与并网标准信号再次作差处理得到差值信号，并对所述差值信号再积分得到误差信号；然后加法模块140再根据第二误差信号与并网标准信号得到误差控制信号；开关控制模块150再根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第三光伏交流信号，同理可得第四光伏交流信号、第五光伏交流信号和第六光伏交流信号等，直至光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值时将光伏交流该信号并入电网。

上述实施例中，差值积分模块130将并网标准信号与第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，即得到光伏信号与并网标准信号之间的误差；加法模块140根据误差信号与并网标准信号得到误差控制信号，开关控制模块150根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第二光伏交流信号，即通过光伏信号与并网标准信号的误差修正逆变模块110输出的光伏交流信号的相位和幅值，有效消除光伏信号与并网信号之间的相位误差和幅值误差，降低了光伏并网逆变的总谐波失真度，使并入电网的光伏信号有很好的周期性、鲁棒性和伺服性。

可选的，差值积分模块130可以包括减法模块和积分器。本实施例对差值积分模块130的具体结构不做限定。

一个实施例中，所述并网循环控制系统还可以包括：滤波模块160、第一模数转换器170a和第二模数转换器170b。滤波模块160与逆变模块110和第一模数转换器170a均连接，第一模数转换器170a与差值积分模块130连接，第二模数转换器170b与基准源120和差值积分模块130均连接。

滤波模块160将所述第一光伏交流信号进行滤波处理并输入到所述第一模数转换器170a，进一步对光伏交流信号的噪声和谐波进行有效滤除；第一模数转换器170a用于将滤波后的所述第一光伏交流信号进行模数转换处理并输入到差值积分模块130，第二模数转换器170b用于将所述并网标准信号进行模数转换处理并输入到所述差值积分模块130。

可选的，参见图2，滤波模块160可以包括：第一电感L1、第一电阻R1、第二电感L2和第一电容C1。第一电感L1的第一端与逆变模块110连接，第一电感L1的第二端与第一电阻R1的第一端连接；第一电阻R1的第二端与第二电感L2的第一端和第一电容C1的第一端均连接；第二电感L2的第二端与第一模数转换器170a连接；第一电容C1的第二端接地。

可选的，本实施例的第一模数转换器170a和第二模数转换器170b均可以为零阶采样器，将对光伏交流信号进行采样，将光伏交流信号转换为离散信号进行后续处理。

一个实施例中，所述并网循环控制系统还可以包括：第一增益模块180a和第二增益模块180b。第一增益模块180a与第一模数转换器170a和差值积分模块130均连接，第二增益模块180b与第二模数转换器170b和差值积分模块130均连接。

第一增益模块180a将所述第一模数转换器170a输出的信号的幅值增益为预设幅值，并将增益后的该信号输入到所述差值积分模块130；第二增益模块180b将所述第二模数转换器170b输出的信号的幅值增益为预设幅值，并将增益后的该信号输入到所述差值积分模块130。第一增益模块180a和第二增益模块180b进一步消除并入电网的光伏交流信号与并网标准信号之间的幅值误差，使得并入电网的光伏交流信号稳定性好。

可选的，本实施例的开关控制模块150为PWM控制器。PWM控制器可以根据所述误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第二光伏交流信号，实现光伏交流信号的周期延迟，修正光伏交流信号的幅值和相位。

示例性的，假设并入电网的交流电压的幅值为频率为50Hz，交流电流幅值为10A，频率为50Hz，该交流电压或交流电流均可以作为并网标准信号；PWM控制器的频率和零阶采样器的频率均可以为20KHz，对应的零阶采样器的采样时间可以设置为5×10^-5s。滤波模块160的第一电感L1的取值可以为5mH，第二电感L2的取值可以为5.5mH，第一电容C1的取值可以为10uF。两个增益模块的增益取值可以均为1。应理解，上述描述仅是对本实施例的并网循环控制系统的各模块进行举例说明，并不是对各模块参数的限定。

具体的，外部光伏发电设备输出的光伏直流信号，逆变模块110将光伏直流信号转换为第一光伏交流信号输出，第一光伏交流信号依次进行滤波、模数转换和增益等处理，并网标准信号依次进行模数转换和增益等处理，差值积分模块130将处理后的并网标准信号与处理后的第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，并对差值信号进行积分得到误差信号。

然后，加法模块140将误差信号与并网标准信号相加得到误差控制信号；PWM控制器根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第二光伏交流信号，解决传统光伏并网逆变控制的频率滞后缺点，修正光伏交流信号的幅值和相位，具有良好的伺服性；若第二光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值时将第二光伏交流信号并入电网，若第二光伏交流信号与并网标准信号的差值不满足阈值时第二光伏交流信号再进行循环控制，逆变模块110输出第三光伏交流信号、第四光伏交流信号和第五光伏交流信号等，直至光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值，解决传统PI控制光伏并网逆变的总谐波失真度大的问题，本实施例可以将总谐波失真度控制在1％以内，远小于5％的国标要求，运行稳定，具有良好的鲁棒性。

实际应用中，MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)太阳能控制器的控制电压可以为50V-1100V，调节范围广，即外部光伏发电设备输出的光伏直流信号的最大电压可达1100V，应用范围广；同时MPPT太阳能控制器的路数可以为2，每路可接入组串数为1；并网标准信号的额定输出频率为50Hz，额定电压为380V/220V左右，即可随并网点的电压波动自动可调，额定输出功率可以为5-15kW。

上述并网循环控制系统，差值积分模块130将并网标准信号与第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，即确定光伏信号与并网标准信号之间的误差；加法模块140根据误差信号与并网标准信号得到误差控制信号，开关控制模块150根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块110输出第二光伏交流信号，即通过光伏信号与并网标准信号的误差修正逆变模块110输出的光伏交流信号，有效消除光伏信号与并网信号之间的相位和幅值误差，第二光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值时将第二光伏交流信号并入电网，降低了光伏并网逆变的总谐波失真度，使并入电网的光伏信号有很好的周期性、鲁棒性和伺服性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模型的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

实施例二

对应于上文实施例一所述的并网循环控制系统，本实施例提供了一种并网循环控制方法，参见图3，为并网循环控制方法的一个实施例的实现流程图。所述方法包括；

步骤S301，获取外部光伏发电设备输出的光伏直流信号，并通过逆变模块将所述光伏直流信号转换为第一光伏交流信号。

步骤S302，将并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，并对所述差值信号进行积分得到误差信号；所述并网标准信号为并入电网的交流信号。

步骤S303，根据所述误差信号与所述并网标准信号得到误差控制信号。

步骤S304，开关控制模块根据所述误差控制信号调节开关占空比以使所述逆变模块输出第二光伏交流信号。

步骤S305，在所述第二光伏交流信号与所述并网标准信号的差值满足阈值时将所述第二光伏交流信号并入电网。

可选的，参见图4，步骤S302所述的将并网标准信号与所述第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号的具体实现流程包括：

步骤S401，对所述第一光伏交流信号进行滤波处理，将滤波后的所述第一光伏交流信号进行模数转换得到离散光伏信号。

步骤S402，将所述并网标准信号进行模数转换得到离散标准信号。

步骤S403，将所述离散标准信号与所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号。

可选的，参见图5，步骤S403所述的将所述离散标准信号与所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号的具体实现流程包括：

步骤S501，将所述离散标准信号的幅值增益为预设幅值，将所述离散光伏信号的幅值增益为预设幅值。

步骤S502，将增益后的所述离散标准信号和增益后的所述离散光伏信号进行作差处理得到差值信号。

上述一种并网循环控制方法，将并网标准信号与第一光伏交流信号进行作差处理得到差值信号，即确定光伏信号与并网标准信号之间的误差；然后根据误差信号与并网标准信号得到误差控制信号，开关控制模块根据误差控制信号调节开关占空比以使逆变模块输出第二光伏交流信号，即通过光伏信号与并网标准信号的误差修正逆变模块输出的光伏交流信号，有效消除光伏信号与并网信号之间的相位和幅值误差，第二光伏交流信号与并网标准信号的差值满足阈值时将第二光伏交流信号并入电网，降低了光伏并网逆变的总谐波失真度，使并入电网的光伏信号有很好的周期性、鲁棒性和伺服性。

实施例三

对应于上文实施例一所述的并网循环控制系统，本实施例提供了一种逆变器。参见图6，逆变器主要包括壳体200、触摸显示模块300、温度监测模块400和降温模块500，还包括上述实施例一中任一种并网循环控制系统100，也具有上述实施例一中任一种有益效果。

触摸显示模块300与并网循环控制系统100连接，温度监测模块400与降温模块500连接；触摸显示模块300、并网循环控制系统100、温度监测模块400和降温模块500均设置在壳体200内。

触摸显示模块300可以方便参数调节，可调节的参数可以包括MPPT太阳能控制器的最大输入电压、电压范围和最大输入电流等，还可以调节并网标准信号的额定输出功率、最大输出电流、额定输出电压和额定输出频率等，还可以设置开关控制模块150的参数、增益系数、放大系数、光伏交流信号的参数等。另外，在逆变器上还可以设置“确定”按钮10和“取消”按钮20等机械备用按钮，便于参数调节设定。

温度监测模块400和降温模块500可以防备输入功率过大导致温度升高，影响逆变使用性能。

可选的，本实施例的逆变器还可以包括通信接口600。通信接口600与触摸显示模块300连接；外部终端可以通过通信接口600与触摸显示模块300进行数据传输。本实施例对串行接口的具体结构不做限定，可以为RS585接口等。

可选的，本实施例的逆变器还可以包括多个指示灯，例如“运行”指示灯30和“故障”指示灯40等，方便工作人员观察逆变器的运行状态，避免误操作和误判断。

可选的，本实施例的逆变器还可以包括开关旋钮50、串接电路接口60等，设置在壳体底部，并加装防雨水装置，保证设备安全运行。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的并网循环控制系统、方法和逆变器，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的并网循环控制系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。