一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，该方法采集光伏太阳能板电压输出V

【技术实现步骤摘要】
一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法
本专利技术涉及离网逆变器的控制
，具体涉及一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法。
技术介绍
从消费总量来看，中国是一个能源大国，但由于环保问题日益严峻，和传统能源的枯竭，光伏发电凭借其独特的优点得到了很多关注。在传统的光伏离网发电系统中，由光伏太阳能板给蓄电池进行充电，蓄电池电压经过升压逆变给负载供电，或者由太阳能板输出电压通过BUCK电路降压再通过升压逆变后给负载进行供电。在整个逆变器的系统中，双向变换器是一个核心的控制拓扑结构，其控制算法也是目前研究的主要方向。输出电压的波形的畸变率是衡量整个控制算法的重要指标。目前主要的控制算法主要有PI控制，滑膜控制，重复控制，智能控制等。其中应用最广的是PI控制算法。数字PI控制算法简单，参数易于整定，具有较强的鲁棒性。由于该离网逆变器还具有UPS功能，需要保证当电网异常时，系统可以快速切换到蓄电池给负载供电，从而保证负载不掉电达到UPS的功能。当负载突变，外界扰动加剧和工作模式切换等情况发生时，系统的稳定性会出现极大的不稳定。故在系统中引入基于模糊控制的PI算法，模糊控制不需要建立精确的控制系统模型，相比较传统的现行控制策略模糊控制具有较强的鲁棒性，对提高系统稳定性有很好的帮助。将模糊自适应控制引入到光伏双闭环控制系统中，用于对PI控制参数进行适当修正，使整个系统更加适应非线性的工作条件。此外，在目前市面上普遍的UPS离网逆变器的逆变和整流模式的切换过程中时间较长
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，该方法采用了快速计算电网有效值的方法，当检测到电网电压出现异常时，系统可以迅速的切换到蓄电池供电，避免出现市电丢失时负载掉电的情况。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，包括下列步骤：系统通过采样电路，采集光伏太阳能板电压输出Vpv，采集蓄电池电压Vb，采集母线电压Vbus以及电网电压Vgrid；当光伏太阳能板电压输出Vpv正常时，母线电压Vbus经过全桥逆变，再经过滤波后得到有效值为220V的正弦电压Vivt，该电压给负载供电，系统工作在逆变工作模式；当采样电路采样到光伏太阳能板电压输出Vpv异常时，并且检测到电网电压Vgrid处在正常范围之内时，打开电网端继电器K1，此时由电网直接给负载供电，暂时关断开关管，关闭逆变端继电器K2，系统由逆变工作模式切换到整流工作模式，逆变端继电器K2打开，电网电压Vgrid经过PWM全桥整流，再经过前级电路拓扑给蓄电池充电；系统检测电网电压Vgrid的有效值，当采样电路采样到电网电压异常时，断开电网端继电器K1，系统快速由整流工作模式切换到逆变工作模式。进一步地，所述逆变工作模式的控制方法为加入模糊控制的基于PI的单极性调制方法，其中，所述基于PI的单极性调制方法具体为：经过全桥逆变得到的逆变电压的每个周期共400个采样点跟事先制作出的400个点的正弦表进行逐一比较，通过PI调节不断矫正两个高频管的占空比，从而保证逆变得到的电压为220V交流电压。进一步地，所述模糊控制具体过程如下：设模糊控制器的两个输入量为误差e(k)和误差变化率Δe(k)，其表达式为：e(k)＝e(k)-e(k-1)(1)假设系统是一个双输入双输出系统，输入包括误差e(k)和误差变化率Δe(k),在系统中，双输入为电流误差量ie和电流误差变化率d(ie)/dt,输出量为Ki和Kp的在线调整量ΔKi和ΔKp，设计好隶属度函数后通过逻辑判断语句写出控制规则。进一步地，所述模糊控制器是基于PI参数设计的，选定模糊标记作为变量的模糊集合，所述模糊标记分别记为PB(正大)、PE(正较大)、PS(正较小)、ZO(零)、NS(负较小)、NE(负较大)、NB(负大)。进一步地，所述系统快速由整流工作模式切换到逆变工作模式具体过程如下：当检测到电网电压有效值Vgrid异常时，关闭电网端继电器K1,负载立即切换到由蓄电池供电,为了使负载在切换状态中不掉电，必须保证负载的复位时间Treset大于切换时间Tswitch；根据负载的复位时间为一个电网周期，即为20ms，将电网的一个周期分为离散的400个点，计算其中的任意200点即可算出电网电压的有效值Vgrid；根据输出逆变电压的调制信号Ug为50HZ正弦波，载波信号Uc为20KHZ三角波，将电网电压的一个周期分为离散的400个点；系统每50μs进入一次PWM中断，引入进入中断的次数grid_num，初始值为0，每进入一次中断，grid_num加1，当grid_num为199时，清零grid_num,并将采样到的200个点的电网电压数据进行如下公式运算：其中，V1,V2,…,V200为200个电网电压点的采样值，4095是数字信号处理器的AD采样精度，3是AD采样引脚的所能采样到的最大电压，Poc为采样电路的比例值。进一步地，当采样电路采样到电网电压超出正常电网电压有效值220V±220*15％时，判断电网电压异常。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)离网谐波率低，适应性强。谐波率小于3％。采用带有PI调节的单极性调节方法控制，保证输出波形的电压有效值为220V到230V，谐波率小于1％。由于受到负载的影响，原有的PI控制算法可能会出现稳定性突变的问题，故引入模糊控制的概念，模糊控制主要是用于对PI控制参数进行适当修正，经过改进的PI控制算法提高了系统在非线性负载下工作的稳定性。(2)双向切换速度快。当检测到市电丢失或者市电处在不正常状态时，负载立刻切换为由蓄电池供电。在这个过程中，最重要的要保证的是当市电不正常时，负载需要不断电的切换，即负载的复位时间要大于切换时间。在本文中所述的逆变器可以保证切换时间在10ms，即切换时间为1/2个电网周期。附图说明图1是本专利技术中光伏UPS离网逆变器整体框图；图2是本专利技术中双向变换器的电路拓扑；图3是本专利技术中逆变切换到整流模式的流程图；图4是本专利技术中整流切换到逆变模式的流程图；图5是本专利技术中整流模式下的电路拓扑。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例该实施例中，该光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法采集光伏太阳能板电压输出Vpv，采集蓄电池电压Vb，采集母线电压Vbus以及电网电压Vgrid，通过对电网电压Vgrid的精确计算从而控制UPS离网逆变器的工作模式。其控制方法主要用于逆变器中逆变工作模式以及整流工作模式之间的快速切换。其中逆变工作模式的控制方法采用了基于PI的单极性调制的方法，并在传统算法中加入了模糊控制算法，加强了系统在非线性条件下工作的稳定性。整流工作模式的控制方法采用了基于PI调节的双闭环算法，外环为电压环，通过PI调节稳定母线电压产生一个电流幅值输出量，该输出量跟电网电压同频同相的单位正弦向量表相乘后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，其特征在于，包括下列步骤：系统通过采样电路，采集光伏太阳能板电压输出V

【技术特征摘要】
1.一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，其特征在于，包括下列步骤：系统通过采样电路，采集光伏太阳能板电压输出Vpv，采集蓄电池电压Vb，采集母线电压Vbus以及电网电压Vgrid；当光伏太阳能板电压输出Vpv正常时，母线电压Vbus经过全桥逆变，再经过滤波后得到有效值为220V的正弦电压Vivt，该电压给负载供电，系统工作在逆变工作模式；当采样电路采样到光伏太阳能板电压输出Vpv异常时，并且检测到电网电压Vgrid处在正常范围之内时，打开电网端继电器K1，此时由电网直接给负载供电，暂时关断开关管，关闭逆变端继电器K2，系统由逆变工作模式切换到整流工作模式，逆变端继电器K2打开，电网电压Vgrid经过PWM全桥整流，再经过前级电路拓扑给蓄电池充电；系统检测电网电压Vgrid的有效值，当采样电路采样到电网电压异常时，断开电网端继电器K1，系统快速由整流工作模式切换到逆变工作模式。2.根据权利要求1所述的一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，其特征在于，所述逆变工作模式的控制方法为加入模糊控制的基于PI的单极性调制方法，其中，所述基于PI的单极性调制方法具体为：经过全桥逆变得到的逆变电压的每个周期共400个采样点跟事先制作出的400个点的正弦表进行逐一比较，通过PI调节不断矫正两个高频管的占空比，从而保证逆变得到的电压为220V交流电压。3.根据权利要求2所述的一种光伏UPS离网逆变器双模式切换控制方法，其特征在于，所述模糊控制具体过程如下：设模糊控制器的两个输入量为误差e(k)和误差变化率Δe(k)，其表达式为：e(k)＝e(k)-e(k-1)(1)假设系统是一个双输入双输出系统，输入包括误差e(k)和误差变化率Δe(k),在系统中，双输入为电流误差量ie和电流误差变化率d(...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛家祥，张天夏，张坤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44