CN104079193A - 一种直流分量调节的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流分量调节的装置及其控制方法，一种直流电流输出含量调节控制电路，通过信号采集器件获取逆变端的电流信号，将该处的信号通过n阶滤波电路去除交流成分；通过放大电路将直流成分放大提供给处理器的AD采集口，同时将信号板上的温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号传递给处理器的AD采集口。既具备实时校正偏移功能又具备消除采样电路器件存在零点漂移和温度漂移的功能，易于实现调节，可以将DCI指标控制在2‰以内，完全满足各个国家的标准。

Description

一种直流分量调节的装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及光伏逆变器发电***,具体地涉及光伏逆变器的直流分量调节的装置及其控制方法。

背景技术

当今社会的发展与能源发展的联系越来越紧密，传统一次能源(煤、天然气、石油等)日渐减少，雾霾等环境问题日渐严重，清洁可再生能源日益受到广泛的重视。作为清洁可再生能源之一的光伏发电技术日益成熟，随着成本的降低光伏并网发电必将在更广泛的范围内使用。

随着光伏并网发电的规模增大，其对电网电能质量以及运行状况的影响也越来越大。如果并入电网的交流电中直流电流输出含量过高会导致电网设备中的变压器出现磁饱和现象，导致初级电流峰值增高烧毁输入保险而引起断电等；因此各国制定了严格的光伏并网标准并出台相应的安规文件。这对光伏并网逆变器提出了更高的设计要求。

安规标准中一项重要指标的是直流电流(DCI)输出含量。大多数国家的安规标准(如AS4777、VDE4105等)都要求直流电流输出含量小于输出额定电流的5‰，个别国家安规(如G83)要求更加严格——直流电流输出含量小于20mA。

现有针对直流电流输出含量的控制方法，依据是否使用额外的外部器件分为两种：使用额外的外部器件抑制DCI以及不使用额外的外部器件抑制DCI；

使用额外的外部器件抑制DCI，目前主要有2中方法：一种方法是使用隔离变压器阻隔直流电流的传递，这样方法因使用隔离变压器，降低逆变器的转换效率，另外由于隔离变压器的体积大、成本高，不利于大规模的展开；另一种方法是在逆变器中增加隔直电容，这种方法的不足之处在于该隔直电容在市电电网的频率下，呈现低阻抗状态，而且该方法电容的容值大，增加了***的成本。

另外，使用额外的外部器件抑制DCI的方法还有一个缺点：不能灵活地应对不同国家的电网状况(比如美国、墨西哥、台湾等国家和地区是60Hz的市电电网，而中国、德国、英国等国家使用50Hz的市电电网)，因此需要针对不同的国家或地区的电网状况做相应的优化处理。

目前，不使用额外的外部器件抑制DCI的方法，主要是通过传感器或采样电阻来检测直流分量然后再进行相应的补偿修正。这种方案由于传感器等采样电路的器件存在零点漂移和温度漂移，因此很难将DCI准确检测并控制调节，另外其生产良率比较低。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种光伏逆变器的直流分量调节的装置及其控制方法的方案，既具备实时校正偏移功能又具备消除采样电路器件存在零点漂移和温度漂移的功能，易于实现调节，可以将DCI指标控制在2‰以内，完全满足各个国家的标准，成本也较低。

为了实现本发明的目的，本发明通过如下技术方案来实现：

一种光伏逆变器的直流分量调节的装置，

上述逆变器具有：

直流转直流模块，逆变模块，信号采样器件，滤波放电电路，温度采样器，AD采样器，处理器；

上述直流转直流模块的输出端接入逆变模块的输入端；

上述信号采样器件通过采样逆变模块的输出,来提取直流分量的信息并反馈给处理器；

上述温度采样器，将采集的温度信号传输给所述处理器；

上述AD采样器，将AD实时校正补偿信号传输给所述处理器；

上述处理器，依据上述信号采样器件提取的信息，上述温度信号和/或AD实时校正补偿信号，生成控制信号提供给PWM调试器，

进行PWM调制。

优选地，上述信号采样器件采样的信号，通过n阶滤波电路去除交流电成分。

进一步的，上述n阶滤波电路为3阶滤波电路。

优选地，上述信号采样器为采样电阻或霍尔传感器。

优选地，上述温度采样器负温度电阻。

本发明的实施例还提供一种搭载光伏逆变器的直流分量调节的装置的发电***。

本发明的实施例还提供一种光伏逆变器的直流分量调节的控制方法，

上述方法包含如下步骤：

步骤1：在逆变器并网工作之前，处理器将采集到的DCI成分信号的初始值作为采样电路器件的零点漂移校正数值；

步骤2：在逆变器并网工作后，处理器依据温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号对DCI成分信号作实时校正补偿；

步骤3：对校正补偿后的DCI成分信号进行分析，并依据该信号给出调节控制方向与幅值，调节逆变PWM的给定。

在一个实施例中，上述步骤1中，上述处理器获取DCI采样电路的零点漂移数值。

在一个实施例中，上述步骤2中，还包含对温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号进行复位校正。

在一个实施例中，上述步骤2中，温度补偿信号为负温度补偿信号。

本发明的实施例还提供一种搭载上述任一项上述方法的具有直流输出含量调节装置的发电***。

有益效果

本发明提出的DCI分量调节的控制方法，具有如下优点:

(1)采用n阶滤波放大电路可以使处理器的AD采样分辨率提高，在DCI小于10mA时也可以分辨采样；

(2)提取逆变器并网工作前的DCI电路信号，可以确定采样电路器件的零点漂移；

(3)依据校正后的温度补偿信号与AD采样实时校正补偿信号可以对逆变器并网工作后的DCI信号进行实时校正，提高信号分辨的准确度；

(4)依据分辨的信号通过处理器作出相应的调节控制，可以将DCI分量控制在2‰以内；既具备实时校正偏移功能又具备消除采样电路器件存在零点漂移和温度漂移的功能，易于实现调节，完全满足各个国家的标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将实施例的所包含技术描述中需要使用的附图做简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的变形附图都在本发明的保护范围之内。

图1为本发明光伏发电***的结构示意图，

图2为本发明的直流分量调节控制方法的流程图；

图3为本发明的逆变器算法流程示意图；

符号说明：1，光伏组件；2，逆变装置；3，市电。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

实施例：

如图1所示，为光伏并网发电***的结构示意图。光伏组件1产生的直流电，经过逆变装置2(光伏逆变器)的逆变后，满足要求的交流电经滤波(图未示)接入市电3；逆变装置2包含有DC/DC模块4，DC/AC模块5，DC/DC模块4输出的直流电输入到DC/AC模块5。信号采样器采集DC/AC模块5输出的电流，提取其中DC电流分量，通过滤波放大电路后信息反馈给处理器，相应的温度采样信号及AD采样实时补偿信号实时的将信息反馈给处理器，通过PWM调整器，对输出的PWM调制进行调整。

如图2所示,为本方案的控制方法的流程图,调节控制方法包含：

步骤1：在逆变器并网前，采样器采样检测DCI信号，获取DCI采样电路的零点漂移数值；

并对温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号进行复位校正；

步骤2：逆变器并网后，采样检测DCI信号，获取DCI采样电路的数值；

依据温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号对DCI信号进行实时校正补偿；

步骤3：依据采集的DCI信号确定DCI调节控制的方向以及幅值；

进而通过PWM调整器，对输出PWM调制进行调整。

对步骤3中，DCI调节控制的方向的说明，

依据DCI滤波电路的时间常数选择合适的控制调节周期T；根据设计要求设定DCI调节控制的“正负限制值”(比如±10mA)。在周期T内对补偿后的DCI信号采集并求其平均值Ave(DCI):

$\mathrm{AVE}\left(\mathrm{DCI}\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{sample}{\left(\mathrm{DCI}\right)}_i/n$

n为T周期内采样次数；sample(DCI)_i为T周期内第i次DCI采样数值。

扩展优化——以调节周期T的后1/m周期的DCI采样数值作为DCI调节方向的判定依据。m的选定需要对比分析DCI控制调节***的整体稳定性以及时间常数，选择合适的m值可以消除DCI开始调节过程带来的偏差；

若Ave(DCI)大于“正限制值”，则控制DCI调节方向为负方向；

反之，控制DCI调节方向为正方向；

当Ave(DCI)在正负限制值限定范围内则不做调节。

如图3所示，为包含调节控制方法技术方案的算法流程示意图,接下来对图3作详细描述：

将逆变器前级(Boost与MPPT)控制得出的电压给定参考V(ref)减去当前电压V(per)形成电压差值；

并将该电压差值经过“电压环控制器(PI调节等控制方法)”的计算得到电流给定参考I(ref)；

将电流给定参考I(ref)、当前逆变电流I(per)以及经过实时补偿的DCi信号提供给“电流环控制器”；

“电流环控制器”经过相应的控制，将控制信号提供给PWM调试器，生成PWM调制信号。

温度补偿说明：

对温度补偿的计算有以下方法：

1.依据经验公式对不同温度下的AD采样进行实时补偿；

2.对逆变器工作全温度范围内AD采样偏差进行实际测试，制成温度补偿表；对照温度补偿表进行AD采样的补偿。

AD采样实时补偿说明：

在芯片的AD通道上接入1个或多个高精度电压信号(建议专用AD通道，复用AD通道也可)，在对DC电流分量采样时依据AD采样到的高精度电压信号偏差进行实时补偿。

本方案的技术效果：

3阶滤波放大电路可以使处理器的AD采样分辨率提高，在DCI小于10mA时也可以分辨采样；

(2)提取逆变器并网工作前的DCI电路信号，可以确定采样电路器件的零点漂移；

(3)依据校正后的温度补偿信号与AD采样实时校正补偿信号可以对逆变器并网工作后的DCI信号进行实时校正，提高信号的准确度；

(4)依据准确的信号通过处理器作出相应的PWM调节控制，可以将DCI控制在2‰以内。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。例如。实施例中使用3阶波放大电路，其它阶数也可。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器的直流分量调节的装置，其特征在于：

所述逆变器具有：

直流转直流模块，逆变模块，信号采样器件，滤波放电电路，温度采样器，AD采样器，处理器；

所述信号采样器件通过采样逆变模块的输出,来提取直流分量的信息并反馈给处理器；

所述温度采样器，将采集的温度信号传输给所述处理器；

所述AD采样器，将AD实时校正补偿信号传输给所述处理器；

所述处理器，依据所述信号采样器件提取的信息，所述温度信号和/或AD实时校正补偿信号，生成控制信号提供给PWM调试器，

进行PWM调制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述信号采样器件采样的信号，通过n阶滤波电路去除交流电成分。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

所述n阶滤波电路为3阶滤波电路。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述信号采样器为采样电阻或霍尔传感器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述温度采样器负温度电阻。

6.一种具有直流输出含量调节控制电路的光伏逆变器的直流输出调节控制方法，

其特征在于：

所述方法包含如下步骤：

步骤1：在逆变器并网工作之前，`将采集到的DCI成分信号的初始值作为采样电路器件的零点漂移校正数值；

步骤2：在逆变器并网工作后，处理器依据温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号对DCI成分信号作实时校正补偿；

步骤3：对校正补偿后的DCI成分信号进行分析，并依据该信号给出调节控制方向与幅值，调节逆变PWM的给定。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述步骤1中，所述处理器获取DCI采样电路的零点漂移数值。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述步骤2中，还包含对温度补偿信号以及AD采样实时校正补偿信号进行复位校正。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述步骤2中，温度补偿信号为负温度补偿信号。

10.一种搭载如权利要求6-9中任一项所述方法的光伏发电***。