阅读说明：本技术 一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统 (Control device and system of single-stage multi-input grid-connected inverter ) 是由 曾汉超 邱琰辉 张达敏 张强 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统,通过MPPT控制器采集输入源的输入电流,生成最大功率点电流,发送至对应的运算节点和PI调节器生成对应的误差放大信号,DSP控制器接收每一调制电路的误差放大信号,并进行求和运算后发送至第一调制电路的第二运算节点,第一调制电路根据和值生成并网电流基准信号,电流调节器根据反馈信号及基准信号生成第一调制信号,多路第二调制电路直接将第二误差放大信号与电网电压正弦同步信号相乘得到第二调制信号,逻辑电路根据第一调制信号及第二调制信号生成控制信号发送至逆变器,实现了对并网电流的直接控制,保证了并网电流的波形质量,提高了逆变器的动态性能和抗干扰能力。(The invention provides a control device and a system of a single-stage multi-input grid-connected inverter, which collect input current of an input source through an MPPT controller to generate maximum power point current, send the maximum power point current to a corresponding operation node and a PI regulator to generate a corresponding error amplification signal, a DSP controller receives the error amplification signal of each modulation circuit, performs summation operation and then sends the error amplification signal to a second operation node of a first modulation circuit, the first modulation circuit generates a grid-connected current reference signal according to the sum, a current regulator generates a first modulation signal according to a feedback signal and the reference signal, a multi-path second modulation circuit directly multiplies the second error amplification signal by a grid voltage sine synchronous signal to obtain a second modulation signal, a logic circuit generates a control signal according to the first modulation signal and the second modulation signal and sends the control signal to the inverter, thereby realizing the direct control of the grid-connected current, the waveform quality of grid-connected current is ensured, and the dynamic performance and the anti-interference capability of the inverter are improved.)

一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统。

背景技术

光伏电池、风力发电机等单一新能源发电系统通常存在电力供应不稳定、不连续、随气候条件变化等缺陷，严重影响了发电质量和效率。为了提高发电质量和效率，需要采用多种新能源联合供电的分布式发电系统。单级多输入并网逆变器可直接将多个相同或不同新能源的能量变换成低频交流电馈入交流电网，具有电路结构简洁，单级功率变换，变换效率高等优点，在多种新能源联合供电的分布式发电场合具有重要的理论和应用价值。单级多输入并网逆变器的电路结构，如图1所示。

目前，单级多输入并网逆变器通常采用最大功率输出控制方法，如图2所示。其控制思想在于：第1、2、…、n路输入源均以最大功率输出到交流电网；当n路输入源的电压(电流)固定时，只要控制了其电流(电压)，即可控制其输入功率，并网功率也因此得到控制。

采用输入功率控制方法的单级多输入并网逆变器实现了多个新能源的最大功率输出，但存在一个明显的缺陷：由于没有对并网电流iL或滤波电感电流iLf进行控制(注：iL＝iLf)，并网电流波形质量差，且由于MPPT环响应速度慢，当光照强度或风速等外界条件发生突变时，未能引起并网电流的快速响应，导致功率瞬时失衡，并网电流发生畸变，进而损坏逆变器。可见，采用该控制方法的单级多输入并网逆变器动态性能差、抗干扰能力弱，其实用性受到了很大的限制。

发明内容

本发明公开了一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统，旨在实现对并网电流的直接控制，保证了并网电流的波形质量，提高了逆变器的动态性能和抗干扰能力。

本发明第一实施例提供了一种单级多输入并网逆变器的控制装置，包括：第一调制电路、多路第二调制电路及逻辑电路，其中：

所述第一调制电路包括依次连接的第一MPPT控制器、第一运算节点、第一PI调节器、第二运算节点、第三运算节点、第四运算节点及电流调节器；

所述第一MPPT控制器，用于获取当前输入源的第一输出电流，并根据所述第一输出电流生成第一最大功率点电流；

所述第一运算节点，用于对所述第一输出电流与所述第一最大功率点电流进行运算，并将运算结果发送至所述第一PI调节器；

所述第一PI调节器，用于放大所述运算结果，并生成第一误差放大信号；

所述第二运算节点，用于接收多个所述第二调制电路的多个第二误差放大信号，并将所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号发送至第三运算节点；

所述第三运算节点，用于接收所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号，并运算生成并网电流的基准信号；

所述第四运算节点，用于接收并网电流的反馈信号和所述并网电流的基准信号，并发送至所述电流调节器；

所述电流调节器，用于根据所述并网电流的反馈信号和所述并网电流的基准信号，生成第一调制信号；

所述逻辑电路，用于接收所述第一调制信号及多路所述第二调制电路生成的第二调制信号，并生成控制信号发送至逆变器。

优选地，所述第一运算节点，用于对所述第一输出电流与所述第一最大功率点电流进行运算，并将运算结果发送至所述第一PI调节器，具体为：

将所述第一最大功率点电流与所述第一输出电流进行做差运算，并将差值发送至所述PI调节器。

优选地，所述第三运算节点，用于接收所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号，并运算生成并网电流的基准信号，具体为：

所述第三运算节点接收所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号的和值，并将所述和值与电网电压正弦同步信号相乘，得到所述并网电流的基准信号。

优选地，第二调制电路包括依次连接的第二MPPT控制器、第五运算节点、第二PI调节器、第六运算节点，其中：

所述第二MPPT控制器用于接收当前输入源的第二输入电流，并根据所述第二输出电流生成第二最大功率点电流；

所述第五运算节点用于对所述第二输出电流与所述第二最大功率点电流进行做差，并所述差值发送至所述第二PI调节器；

所述第二PI调节器用于对所述差值进行放大生成第二误差放大信号；

所述第六运算节点用于接收电网电压正弦同步信号，并对第二误差放大信号与所述电网电压正弦同步信号相乘得到第二调制信号。

本发明第二实施例提供了一种单级多输入并网逆变器的控制系统，包括DSP控制器及如上任意一项所述的一种单级多输入并网逆变器的控制装置，所述DSP控制器与所述第一调制电路、第二调制电路连接；

所述DSP控制器接收所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号，并将所述第一误差放大信号及多个所述第二误差放大信号进行求和，发送至所述第二运算节点，所述DSP控制器接收并网电流的反馈信号，并发送至所述第四运算节点。

基于本发明提供的一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统，通过MPPT控制器采集每一输入源的输入电流，并生成最大功率点电流，发送至对应的运算节点和PI调节器生成对应的误差放大信号，所述DSP控制器接收每一调制电路的误差放大信号，并进行求和运算后发送至第一调制电路的第二运算节点，所述第一调制电路根据和值生成并网电流基准信号，所述DSP控制器将并网电流反馈信号发送至第四运算节点，所述电流调节器根据反馈信号及基准信号生成第一调制信号，多路所述第二调制电路直接将所述第二误差放大信号与电网电压正弦同步信号相乘得到第二调制信号，逻辑电路根据第一调制信号及第二调制信号生成控制信号发送至逆变器，实现对并网电流的直接控制，保证了并网电流的波形质量，提高了逆变器的动态性能和抗干扰能力。

附图说明

图1是背景技术提供的单级多输入并网逆变器的电路结构示意图；

图2是背景技术提供的单级多输入并网逆变器的最大功率输出控制装置示意图；

图3是本发明提出的一种单级多输入并网逆变器的控制装置示意图；

图4是基于本发明提出的一种单级多输入并网逆变器的控制装置下并网电流在突变时的波形；

图5是基于本发明提出的一种单级多输入并网逆变器的控制装置下并网电流在突变时的展开波形。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明公开了一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统，旨在实现对并网电流的直接控制，保证了并网电流的波形质量，提高了逆变器的动态性能和抗干扰能力。

请参阅图3，本发明第一实施例提供了一种单级多输入并网逆变器的控制装置，包括：第一调制电路1、多路第二调制电路2及逻辑电路，其中：

所述第一调制电路1包括依次连接的第一MPPT控制器、第一运算节点a1、第一PI调节器、第二运算节点a2、第三运算节点a3、第四运算节点a4及电流调节器；

所述第一MPPT控制器，用于获取当前输入源的第一输出电流Iin，并根据所述第一输出电流Iin生成第一最大功率点电流Iin*；

所述第一运算节点a1，用于对所述第一输出电流Iin与所述第一最大功率点电流Iin*进行运算，并将运算结果发送至所述第一PI调节器；

在现有技术中，直接将每一路的误差放大信号与所述电网电压正弦同步信号sin(ωt)相乘得到各个输入源的调制信号ien，实际为并网电流iL的开环控制，并未对并网电流iL或滤波电感电流进行控制。

在本实施例中，所述第一运算节点a1将所述第一最大功率点电流Iin*与所述第一输出电流Iin进行做差运算，并将差值发送至所述PI调节器。在其他实施例中，还可以将通过MPPT控制器采集到的输入源电压和生成的最大功率点电压进行做差生成的差值发送至PI调节器，这里不做具体限定，这些方案可以根据实际情况对应选择，这里不做具体限定，当这些方案均在本发明的保护范围内。

所述第一PI调节器，用于放大所述运算结果，并生成第一误差放大信号Ien；

所述第二运算节点a2，用于接收多个所述第二调制电路2的多个第二误差放大信号Ie1，并将所述第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1发送至第三运算节点a3；

需要说明的是，第二运算节点a2用于对第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1进行求和生成和值，并将所述和值发送至所述第三运算节点a3。

所述第三运算节点a3，用于接收所述第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1，并运算生成并网电流的基准信号iLref；

在本实施例中，所述第三运算节点a3接收所述第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1的和值，并将所述和值与电网电压正弦同步信号相乘，得到所述并网电流的基准信号iLref。

所述第四运算节点a4，用于接收并网电流的反馈信号iL和所述并网电流的基准信号iLref，并发送至所述电流调节器；

所述电流调节器，用于根据所述并网电流的反馈信号iL和所述并网电流的基准信号iLref生成第一调制信号ien；

在本实施例中，所述电流调节器接收并网电流的反馈信号iL和所述并网电流的基准信号iLref，并对其进行误差放大后生成第一调制信号ien。

所述逻辑电路，用于接收所述第一调制信号ien及多路所述第二调制电路2生成的第二调制信号ie1，并生成控制信号发送至逆变器。

在本实施例中，第二调制电路2包括依次连接的第二MPPT控制器、第五运算节点a5、第二PI调节器、第六运算节点a6，其中：

所述第二MPPT控制器用于接收当前输入源的第二输入电流Ii1，并根据所述第二输出电流生成第二最大功率点电流Ii1*；

所述第五运算节点a5用于对所述第二输出电流与所述第二最大功率点电流Ii1*进行做差，并所述差值发送至所述第二PI调节器；

在其他实施例中，还可以将通过第二MPPT控制器采集到的输入源电压和生成的最大功率点电压进行做差生成的差值发送至第二PI调节器，这些方案可以根据实际情况对应选择，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

所述第二PI调节器用于对所述差值进行放大生成第二误差放大信号Ie1；

所述第六运算节点a6用于接收电网电压正弦同步信号，并对第二误差放大信号Ie1与所述电网电压正弦同步信号相乘得到第二调制信号ie1。

需要说明的是，所述第二调制电路2通过所述第六运算节点a6直接运算出第二误差放大信号Ie1与所述电网电压正弦同步信号的乘积作为第二调制信号ie1；将每一所述第二调制信号ie1和所述第一调制信号ien发送至逻辑电路，逻辑电路运算生成逆变器中功率开关管的控制信号，并发送至逆变器。

以n＝2为例：

假设P1、P2分别为第1、2路光伏电池所提供的功率。分别采样两路光伏电池的输出电压Ui1、Ui2和输出电流Ii1、Ii2，经MPPT控制算法得到各自的最大功率点电压Ui1*、Ui2*；Ui1*与其工作电压Ui1、Ui2*与其工作电压Ui2的差值经PI调节器1、2进行误差放大，得到两路MPPT环的误差放大信号Ie1、Ie2；第1路的MPPT环误差放大信号Ie1直接与电网电压正弦同步信号sin(ωt)相乘得到该路输入源的调制信号ie1；两路MPPT环误差放大信号之和Ie1+Ie2与sin(ωt)的乘积作为并网电流iL的基准信号iLref；并网电流基准信号iLref与并网电流反馈信号iL经电流调节器进行误差放大后得到第2路输入源的调制信号ie2；两路输入源的调制信号ie1、ie2分别与载波uc经比较电路1、2与适当的逻辑变换电路得到各功率开关的控制信号。据此得到的仿真波形如附图4、5所示，其中，Ui1*Ii1为第1路光伏电池的输出功率P1，Ui2*Ii2为第2路光伏电池的输出功率P2，iL为并网电流。

请参阅图4及图5，可得两路光伏电池始终工作在各自的最大功率点；

当光照强度在1.005s时(并网电流峰值处)突减为原来的一半时，并网电流无明显畸变，且迅速减小为原来的一半，逆变器的动态性能好、抗干扰能力强。

可见，本实施例提出的单级多输入并网逆变器控制装置具有如下优点：

实现了各个新能源的最大功率输出；

实现了逆变器并网电流的直接控制，保证了其波形质量，逆变器的动态性能好、抗干扰能力强。

本发明第二实施例提供了一种单级多输入并网逆变器的控制系统，包括DSP控制器及如上任意一项所述的一种单级多输入并网逆变器的控制装置，所述DSP控制器与所述第一调制电路1、第二调制电路2连接；

所述DSP控制器接收所述第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1，并将所述第一误差放大信号Ien及多个所述第二误差放大信号Ie1进行求和，发送至所述第二运算节点a2，所述DSP控制器接收并网电流的反馈信号iL，并发送至所述第四运算节点a4。

基于本发明提供的一种单级多输入并网逆变器的控制装置及系统，通过MPPT控制器采集每一输入源的输入电流，并生成最大功率点电流，发送至对应的运算节点和PI调节器生成对应的误差放大信号，所述DSP控制器接收每一调制电路的误差放大信号，并进行求和运算后发送至第一调制电路1的第二运算节点a2，所述第一调制电路1根据和值生成并网电流基准信号，所述DSP控制器将并网电流反馈信号发送至第四运算节点a4，所述电流调节器根据反馈信号及基准信号生成第一调制信号ien，多路所述第二调制电路2直接将所述第二误差放大信号Ie1与电网电压正弦同步信号相乘得到第二调制信号ie1，逻辑电路根据第一调制信号ien及第二调制信号ie1生成控制信号发送至逆变器，实现对并网电流的直接控制，保证了并网电流的波形质量，提高了逆变器的动态性能和抗干扰能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。