当前位置: 首页 > 专利查询>东北大学专利>正文

带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置及其控制方法制造方法及图纸

技术编号:14247909 阅读:116 留言:0更新日期:2016-12-22 04:59
带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置及其控制方法,属于微电网控制技术领域。控制装置,其特点是,控制装置还包括无线标准时基电路,无线标准时基电路的输出端与主控电路的通讯接口相连接。控制方法,本发明专利技术利用DSP主控制器中的无线秒基时钟控制器生成全局同步对时信号,对三角波时钟信号进行调整,有效解决了控制器时钟频率差异所带来的控制器输出脉冲不能瞬时同步的问题;本发明专利技术利用决策补偿控制器对反馈的频率和相位误差进行评估,预测逆变器输出电压的频率和相位的调节趋势,得出控制策略,实现逆变器输出电压的快速同步,以实现微电网中分布式存在的不同光伏逆变器输出电压的动态同步,抑制瞬时环流,促进微电网的稳定高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电网控制
,特别是涉及一种带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置及其控制方法
技术介绍
近年来,随着光伏产业的发展,光伏发电市场规模不断扩大,其清洁可再生、建设维护方便的优势逐渐显现。光伏能源分布广泛、就地可取,光伏发电装置在地理位置上分散分布,逆变器作为光伏发电装置的接口,与光伏发电装置就地连接,在空间上也呈现分布式存在的特点。为了给用户提供高质量和高可靠性电能,光伏逆变器多通过公共母线连接,形成光伏微电网。在光伏微电网中,为了实现稳定可靠的分布式运行,需要控制不同光伏逆变器在输出电压的幅值、频率和相位上实现同步,否则就会导致环流的产生。环流的存在不仅会使得微源逆变器可用的输出容量变小、输出电能质量下降、缩短电力电子器件的使用寿命,严重时还会导致光伏微电网震荡甚至崩溃。因此,实现光伏逆变器良好的分布式同步控制成为了光伏微电网控制领域重要的研究课题。着眼于这一控制目标,国内外学者进行了多方面的研究并提出了多种控制方法,如主从控制方式、对等控制方式、基于多代理技术的分层控制方式、无互联线的独立控制方式等。其中,以下垂控制为代表的无互联线的独立控制方式逐渐成为了主流。但这些控制方法仍然存在着诸多问题:一是实际运行控制中,电压通常以脉冲的形式从逆变器直接输出,但现有的控制方法都以滤波后的电压量作为控制目标进行控制,没有关注输出电压脉冲的同步性能,也就难以保证输出电压的瞬时同步;二是随着集成电路技术的发展,以DSP为核心的分布式控制器广泛应用,但各控制器的时钟振荡频率存在差异,带来了触发脉冲难以同步的问题,触发脉冲的不同步导致输出电压脉冲不能同步,给环流的瞬时控制带来了挑战;三是目前普遍应用的下垂控制本身存在以牺牲电压和频率控制精度来实现功率分配的特点,电压幅值和频率的控制精度有限,难以实现环流的精确有效控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供一种带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置及其控制方法。本专利技术利用DSP主控制器中的无线秒基时钟控制器生成全局同步对时信号,对三角波时钟信号进行调整,有效解决了控制器时钟频率差异所带来的控制器输出脉冲不能瞬时同步的问题;另外,本专利技术利用DSP主控制器中的决策补偿控制器对反馈的频率和相位误差进行评估,预测逆变器输出电压的频率和输出电压的相位的调节趋势,得出优化、快速的控制策略,实现逆变器输出电压的快速同步,以实现微电网中分布式存在的不同光伏逆变器输出电压的动态同步,抑制瞬时环流,促进微电网的稳定高效运行。为了实现上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置,包括光伏电源、光伏逆变器主电路、并网控制开关、电压传感器、电流传感器、PWM驱动电路及主控电路;所述光伏电源的输出端与光伏逆变器主电路的输入端相连接,光伏逆变器主电路的输出端一路经并网控制开关与公共交流母线相连接,另一路与负载相连接;所述电压传感器和电流传感器的输入端分别与光伏逆变器主电路的输出端相连接,电压传感器和电流传感器的输出端分别与主控电路的电压采样电路和电流采样电路的输入端相连接,所述主控电路的输出端与PWM驱动电路的输入端相连接,PWM驱动电路的输出端与光伏逆变器主电路的控制端相连接;其特点是,所述控制装置还包括无线标准时基电路,所述无线标准时基电路的输出端与主控电路的通讯接口相连接。所述无线标准时基电路包括无线信号接收天线、同轴信号电缆、无线信号接收电路及电平处理电路,无线信号接收天线的输出端经同轴信号电缆与无线信号接收电路的输入端相连接,无线信号接收电路的输出端与电平处理电路的输入端相连接,电平处理电路的输出端作为无线标准时基电路的输出端。所述主控电路包括电压采样电路、电流采样电路、保护电路、模拟I/O电路、数字I/O电路、RS232通讯电路、报警装置及DSP,所述电压采样电路和电流采样电路的输出端一路分别与DSP的A/D采样模块相连接,另一路分别与保护电路的输入端相连接,保护电路的输出端经模拟I/O电路与DSP的模拟I/O接口相连接;所述RS232通讯电路的输入端和数字I/O电路的输入端作为主控电路的通讯接口,RS232通讯电路的输出端与DSP的SCI通讯接口相连接,数字I/O电路的输出端与报警装置相连接,数字I/O电路的通讯接口与DSP的数字I/O接口相连接,DSP的SPWM生成模块的输出端作为主控电路的输出端。所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置的控制方法,包括如下步骤:步骤一:利用电压传感器采集光伏逆变器主电路输出端的三相输出电压,并传输至主控电路的电压采样电路中;同时利用电流传感器采集光伏逆变器主电路输出端的三相电感电流和三相输出电流,并传输至主控电路的电流采样电路中;步骤二:无线标准时基电路将接收的UTC时间信号和秒脉冲信号发送至主控电路中,主控电路对接收到的UTC时间信号、秒脉冲信号、三相输出电压、三相电感电流以及三相输出电流进行处理,生成PWM触发信号,并将PWM触发信号发送至PWM驱动电路,其具体包括如下步骤:步骤A:利用电压采样电路对三相输出电压进行滤波和幅值变换,得到三相采样输出电压并发送至保护电路和DSP中;利用电流采样电路对三相电感电流和三相输出电流进行信号类型转换,并进行滤波和幅值变换,得到三相采样电感电流和三相采样输出电流,并发送至保护电路和DSP中;步骤B:保护电路接收三相采样输出电压、三相采样电感电流及三相采样输出电流并进行处理,分别得到过电压保护信号和过电流保护信号,过电压保护信号和过电流保护信号经模拟I/O电路处理后发送至DSP中;DSP对接收到的过电压保护信号和过电流保护信号进行处理,判断其是否满足保护动作条件:在满足保护动作条件时,DSP输出脉冲封锁信号,封锁PWM触发信号,在不满足保护动作条件时,DSP不输出脉冲封锁信号,正常输出PWM触发信号;同时,DSP接收三相采样输出电压、三相采样电感电流及三相采样输出电流,并通过DSP自身内部的A/D采样模块进行处理,分别对应得到输出电压采样值、电感电流采样值和输出电流采样值,然后进行abc/dq坐标变换,得到在两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值、两相电感电流采样值和两相输出电流采样值;步骤C:通过两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值和两相输出电流采样值计算光伏逆变器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率,瞬时有功功率和瞬时无功功率确定后,经过低通滤波器滤波得到实际输出有功功率和实际输出无功功率;步骤D:通过两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值和两相输出电流采样值计算光伏逆变器输出电压频率和输出电压相位;步骤E:无线标准时基电路将UTC时间信号发送至RS232通讯电路中,RS232通讯电路对UTC时间信号进行电平转换后,发送至DSP的SCI通讯接口;无线标准时基电路将秒脉冲信号发送至数字I/O电路中,数字I/O电路对秒脉冲信号进行滤波和整型处理后,发送至DSP的数字I/O接口;步骤F:通过DSP主控制器中的无线秒基时钟控制器对UTC时间信号、秒脉冲信号和实时时钟振荡频率值进行计算,生成全局同步频率、修正后的三角波输出频率和修正后的三角波输出相位;步骤G:根据光伏逆变器的输出电压频率、输出电压相位以及步骤F中本文档来自技高网
...
带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置及其控制方法

【技术保护点】
一种带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置,包括光伏电源、光伏逆变器主电路、并网控制开关、电压传感器、电流传感器、PWM驱动电路及主控电路;所述光伏电源的输出端与光伏逆变器主电路的输入端相连接,光伏逆变器主电路的输出端一路经并网控制开关与公共交流母线相连接,另一路与负载相连接;所述电压传感器和电流传感器的输入端分别与光伏逆变器主电路的输出端相连接,电压传感器和电流传感器的输出端分别与主控电路的电压采样电路和电流采样电路的输入端相连接,所述主控电路的输出端与PWM驱动电路的输入端相连接,PWM驱动电路的输出端与光伏逆变器主电路的控制端相连接;其特征在于,所述控制装置还包括无线标准时基电路,所述无线标准时基电路的输出端与主控电路的通讯接口相连接。

【技术特征摘要】
1.一种带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置,包括光伏电源、光伏逆变器主电路、并网控制开关、电压传感器、电流传感器、PWM驱动电路及主控电路;所述光伏电源的输出端与光伏逆变器主电路的输入端相连接,光伏逆变器主电路的输出端一路经并网控制开关与公共交流母线相连接,另一路与负载相连接;所述电压传感器和电流传感器的输入端分别与光伏逆变器主电路的输出端相连接,电压传感器和电流传感器的输出端分别与主控电路的电压采样电路和电流采样电路的输入端相连接,所述主控电路的输出端与PWM驱动电路的输入端相连接,PWM驱动电路的输出端与光伏逆变器主电路的控制端相连接;其特征在于,所述控制装置还包括无线标准时基电路,所述无线标准时基电路的输出端与主控电路的通讯接口相连接。2.根据权利要求1所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置,其特征在于所述无线标准时基电路包括无线信号接收天线、同轴信号电缆、无线信号接收电路及电平处理电路,无线信号接收天线的输出端经同轴信号电缆与无线信号接收电路的输入端相连接,无线信号接收电路的输出端与电平处理电路的输入端相连接,电平处理电路的输出端作为无线标准时基电路的输出端。3.根据权利要求1所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置,其特征在于所述主控电路包括电压采样电路、电流采样电路、保护电路、模拟I/O电路、数字I/O电路、RS232通讯电路、报警装置及DSP,所述电压采样电路和电流采样电路的输出端一路分别与DSP的A/D采样模块相连接,另一路分别与保护电路的输入端相连接,保护电路的输出端经模拟I/O电路与DSP的模拟I/O接口相连接;所述RS232通讯电路的输入端和数字I/O电路的输入端作为主控电路的通讯接口,RS232通讯电路的输出端与DSP的SCI通讯接口相连接,数字I/O电路的输出端与报警装置相连接,数字I/O电路的通讯接口与DSP的数字I/O接口相连接,DSP的SPWM生成模块的输出端作为主控电路的输出端。4.权利要求1所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤一:利用电压传感器采集光伏逆变器主电路输出端的三相输出电压,并传输至主控电路的电压采样电路中;同时利用电流传感器采集光伏逆变器主电路输出端的三相电感电流和三相输出电流,并传输至主控电路的电流采样电路中;步骤二:无线标准时基电路将接收的UTC时间信号和秒脉冲信号发送至主控电路中,主控电路对接收到的UTC时间信号、秒脉冲信号、三相输出电压、三相电感电流以及三相输出电流进行处理,生成PWM触发信号,并将PWM触发信号发送至PWM驱动电路,其具体包括如下步骤:步骤A:利用电压采样电路对三相输出电压进行滤波和幅值变换,得到三相采样输出电压并发送至保护电路和DSP中;利用电流采样电路对三相电感电流和三相输出电流进行信号类型转换,并进行滤波和幅值变换,得到三相采样电感电流和三相采样输出电流,并发送至保护电路和DSP中;步骤B:保护电路接收三相采样输出电压、三相采样电感电流及三相采样输出电流并进行处理,分别得到过电压保护信号和过电流保护信号,过电压保护信号和过电流保护信号经模拟I/O电路处理后发送至DSP中;DSP对接收到的过电压保护信号和过电流保护信号进行处理,判断其是否满足保护动作条件:在满足保护动作条件时,DSP输出脉冲封锁信号,封锁PWM触发信号,在不满足保护动作条件时,DSP不输出脉冲封锁信号,正常输出PWM触发信号;同时,DSP接收三相采样输出电压、三相采样电感电流及三相采样输出电流,并通过DSP自身内部的A/D采样模块进行处理,分别对应得到输出电压采样值、电感电流采样值和输出电流采样值,然后进行abc/dq坐标变换,得到在两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值、两相电感电流采样值和两相输出电流采样值;步骤C:通过两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值和两相输出电流采样值计算光伏逆变器输出的瞬时有功功率和瞬时无功功率,瞬时有功功率和瞬时无功功率确定后,经过低通滤波器滤波得到实际输出有功功率和实际输出无功功率;步骤D:通过两相旋转坐标系下的两相输出电压采样值和两相输出电流采样值计算光伏逆变器输出电压频率和输出电压相位;步骤E:无线标准时基电路将UTC时间信号发送至RS232通讯电路中,RS232通讯电路对UTC时间信号进行电平转换后,发送至DSP的SCI通讯接口;无线标准时基电路将秒脉冲信号发送至数字I/O电路中,数字I/O电路对秒脉冲信号进行滤波和整型处理后,发送至DSP的数字I/O接口;步骤F:通过DSP主控制器中的无线秒基时钟控制器对UTC时间信号、秒脉冲信号和实时时钟振荡频率值进行计算,生成全局同步频率、修正后的三角波输出频率和修正后的三角波输出相位;步骤G:根据光伏逆变器的输出电压频率、输出电压相位以及步骤F中确定的全局同步频率和步骤C中确定的实际输出有功功率和实际输出无功功率,经DSP主控制器中的决策补偿控制器计算获得输出电压频率参考值和输出电压幅值参考值;步骤H:根据步骤G中确定的输出电压频率参考值和输出电压幅值参考值,经过电压合成获得输出电压参考值;步骤I:将输出电压参考值与两相输出电压采样值作差,获得电压控制器给定值,并将电压控制器给定值输入至DSP主控制器中的电压控制器,经过电压控制器处理后获得输出电流参考值;步骤J:将输出电流参考值与两相输出电流采样值作差,获得电流控制器给定值,并将电流控制器给定值输入至DSP主控制器中的电流控制器,获得指令电压参考值;步骤K:根据指令电压参考值和修正后的三角波输出频率获得PWM触发信号,并将PWM触发信号发送至PWM驱动电路;步骤三:通过PWM驱动电路对PWM触发信号进行电平转换,获得触发脉冲信号并发送至光伏逆变器主电路中,控制其开关管的通断,实现光伏逆变器输出电压与其他光伏逆变器输出电压的同步。5.根据权利要求4所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置的控制方法,其特征在于步骤F中所述的通过DSP主控制器中的无线秒基时钟控制器对UTC时间信号、秒脉冲信号和实时时钟振荡频率值进行计算,生成全局同步频率、修正后的三角波输出频率和修正后的三角波输出相位,其具体步骤如下:步骤f1:利用UTC时间信号和秒脉冲信号,获得全局同步频率信号、时钟频率测量信号和三角波相位复位信号;步骤f2:利用全局同步频率信号确定全局同步频率,并利用时钟频率测量信号确定时钟振荡频率计算值,所述时钟振荡频率计算值由下式确定: ω c r y = Σ i = 1 n ω c r y o n - - - ( 1 ) ]]>式中,ωcryo为实时时钟振荡频率值;ωcry为经过平均值滤波后得到的时钟振荡频率计算值;i为代表秒脉冲个数的变量,i∈[1,n];步骤f3:给定时钟振荡频率额定值和三角波频率额定值,并用时钟振荡频率额定值除以三角波频率额定值,得到三角波时钟分频额定值,如下式所示: M 0 = ω c r y * ω t r i * - - - ( 2 ) ]]>式中,M0为三角波时钟分频额定值;为时钟振荡频率额定值;为三角波频率额定值;步骤f4:将时钟振荡频率额定值与所获得的时钟振荡频率计算值作差,得到时钟振荡频率偏移量,再乘以偏移系数得到三角波时钟分频值修正量;将三角波时钟分频额定值与所获得的三角波时钟分频值修正量作差,得到修正后的三角波时钟分频值,如下式所示: M * = M 0 - k ( ω c r y * - ω c r y ) - - - ( 3 ) ]]>式中,M0为三角波时钟分频额定值;M*为修正后的三角波时钟分频值;为时钟振荡频率额定值;k为偏移系数;ωcry为经过平均值滤波后得到的时钟振荡频率计算值;步骤f5:将所获得的时钟振荡频率计算值除以修正后的三角波时钟分频值,得到修正后的三角波输出频率;步骤f6:对修正后的三角波输出频率进行积分,得到三角波原始实时相位值;将所获得的三角波原始实时相位值经三角波相位同步控制函数处理,得到修正后的三角波输出相位。6.根据权利要求5所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置的控制方法,其特征在于步骤f6中所述的三角波相位同步控制函数,如下式所示:θtri=sgn(sTPR)·θtrio (4)式中,θtrio为三角波原始实时相位值;STPR为三角波相位复位信号;θtri为修正后的三角波输出相位;sgn(sTPR)为以sTPR为变量的符号函数。7.根据权利要求4所述的带决策器的光伏微电网逆变器同步控制装置的控制方法,其特征在于步骤G中所述的根据光伏逆变器的输出电压频率、输出电压相位以及步骤F中确定的全局同步频率和步骤C中确定的实际输出有功功率和实际输出无功功率,经过决策补偿控制器计算获得输出电压频率参考值和输出电压幅值参考值,其具体步骤如下:步骤g1:对全局同步频率进行积分,得到全局同步相位;步骤g2:将全局同步频率与光伏逆变器的输出电压频率作差,得到输出电压频率偏移量Δeω,将全局同步相位与光伏逆变器的输出电压相位作差,得到输出电压相位偏移量Δeθ;步骤g3:预置同步控制阈值和安全控制阈值,所述同步控制阈值包括正弦波频率差为零的上限阈值Δeωmin和下限阈值-Δeωmin、正弦波相位差为零的上限阈值Δeθmin和下限阈值-Δeθmin;所述安全控制阈值包括稳定运行时正弦波频率差上限阈值Δeωmax和下限阈值-Δeωmax、稳定运行时正弦波相位差上限阈值Δeθmax和下限阈值-Δeθmax;步骤g4:根据输出电压频率偏移量、输出电压相位偏移量以及同步控制阈值和安全控制阈值,确定评估函数的函数值,所述评估函数包括频率评估函数、相位评估函数、相位置位开关评估函数和失步预警评估函数,如下所示: s ω = g ( Δe ω , Δe θ ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员:闫士杰高文忠张化光庞成浩赵晓利闫伟航
申请(专利权)人:东北大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1