一种逆变器功率控制方法与流程

1.本发明属于电力系统中的为逆变技术领域，具体地说，涉及一种通过有功于评率关系、无功于电压关系来控制逆变电源功率的方法。


背景技术：

2.逆变电源是通过将dc直流电源转换成ac交流电源，或者将ac电源整流然后再逆变变换成不同频率或电压的特征交流电源。应用最广泛的逆变电源主要在新能发电领域，光伏发电、风力发电等新能源所产生的直流电，通过逆变电源转换成满足电网标准的380v(220v)/50hz的标准交流电；或者储能系统应用中将存储于蓄电池中直流电逆变成标准交流电给负载供电。无论是新能源发电还是储能系统，均属于分布式电源，电源特性较软，电路波动较大，且可能脱离公共电网独立运行，失去公共电网作为电力基准的支撑。尤其是在独立运行的情况下电压和频率的大幅波动或不稳定，可能导致供电系统运行不稳，微电网系统失效或者设备损坏等事故。
3.传统的模式是通过实时采集微电网内部的电压，并通过运算比较产生的差值作为触发spwm波形的触发信号，调节spwm波形，控制开关电路的导通频率，控制有功功率输出，从而控制微电网母线电压。整个控制过程流程较长，首先采集电压信号，与dsp内部集中进行比较，然后控制spwm波形触发型号，控制spwm波形输出，控制开关管的通断周期，然后再通过滤波电路将开关管通断产生的开关量滤波整流后再次采样。电压在微观层面波动较大，且不具备无功输出功能，容易产生谐波，负载特性较差。微电网系统运行中，因各个发电单元一般是波动性比较大的可再生能源，如光伏发电、风力发电等，电压频率变动比较大，当系统中负载较轻而发电单元输出功率较大，储能单元基本处于满电量状态时，或者系统负载较重，发电单元输出功率较小，同时储能单元能量未满时，均会导致微电网内部电压出现较大的波动。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服传统模式的不足，采用一种移相式调节相位角φ的方法，通过移相调节方法，且根据有功功率与频率、无功功率与电压的负相关关系。采取移相的方式在逆变器输出有功功率较高时，提升输出频率而实现有功功率的降低；同样在逆变电源输出无功功率较大时，为更好的支撑电网提高带负载能力，通过移相提升逆变电压，从而减小无功功率的输出，实现逆变电源稳定输出。采用移相式调节相位角φ的方法，不需要通过信号反馈去调节spwm波形的占空比和幅值，不会额外产生谐波，不需增加滤波电路。
5.为实现上述移相技术，本发明电路中包含了基准电路、采样电路、控制电路、ad转换电路、运算比较电路等多个单元。包含：控制单元自检并启动电路的步骤p1，基准单元配置微电网的电压基准，设置基准标识v0的步骤p2，设置采样频率并控制采样电路进行采样的步骤p3，设置采样中断并进行ad转换，生产采样标识vr的步骤p4,vr与v0进行比较运算，
生成vd的步骤p5，若vd大于0，则微电网内电压上升，控制单元调节相位角φ，使输出的电流滞后于电压，从而增加无功功率，若vd小于0，则微电网内电压下降，控制单元调节相位角φ，使输出的电流同步或超前于电压，从而减少无功功率。
6.与传统调节spwm波形调节电压相比，本发明具有以下优点：
7.不对spwm的波形占空比和幅值进行调节，使输出的微分开关电量变化较小，不会对后级的滤波电路产生中级和增加负荷，减少滤波电路的发热量和噪音，可减少滤波电路的体积。
8.减少电路的脉冲输出，从而减少谐波，电能质量更优质。
附图说明
9.图1为流程图，示出了本发明进行功率控制方法的流程；
10.图2为示意图，示出了本发明控制方法下有功功率与频率的关系图；
11.图3为示意图，示出了本发明控制方法下频率的调节范围；
12.图4为示意图，示出了本发明控制方法下电压的调节范围；
13.图5为示意图，示出了本发明进行移相控制的方式。
具体实施方式
14.下面附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
15.图1为流程图，示出了本发明进行功率控制方法的流程。如图1所示本发明所涉及微电网电压的稳定和调节包括以下步骤：微电网系统投入运行后，系统内控制单元通电自检，随后启动系统(步骤p1)，系统内发电电源开始运行，为系统内输入能量，构建电力系统基础，同时电路内dsp芯片运行算法，根据常规交流系统230v或380v运算，设定基准电压v0(步骤p2)，采样电路按照控制单元设定的采样频率采集经逆变、滤波后的电压，如果380v三相电路，将分别采取ua、ub、uc的电压，采集完n个周波后，进行采样中断，将采集结果暂存(步骤p3)，下一个采样周期启动，同时将暂存的采样数据送入ad转换单元进行ad转换，生成用于比较的实际电压vr(步骤p4)，将vr推送至运算放大器进行运算比较，得到实际电压与基准电压的差值vd(步骤p5)，再将vd导入dsp芯片进行运算，根据预设的算法，计算相位角φ的差异，并将电压和电流进行移相，从而输出无功功率，起到调节和稳定电压的作用。
16.图2、图3为示意图，逆变器投入运行后，将存储在蓄电池内部的直流电经dc-dc变换、全桥逆变、滤波等电路后输出常规的220v/380v、50hz的交流电，功率输出为p＝i*u*cosφ。当负载突然减小时，负载流过的电流减小，但中逆变器瞬时输出的功率保持不变，从逆变输出的电流也保持不变，系统内部的瞬间能量过剩，将导致逆变电源系统内部电压及负载端电压升高，当逆变器检测到系统电压有突然升高的趋势，意味着系统内的有功功率升高了。如图2所示，逆变器通过控制内部时钟频率，增加逆变电路驱动信号的频率，频率与有功功率呈负相关关系，如图2所示，当频率增加时，有功功率输出会逐步降低，当频率增至52hz时，逆变器完全关闭有功功率输出。当检测到微网系统能量降低时，则通过时钟降低逆变器的频率，从而提供系统有功功率输出，使微网系统能量一直处于稳定状态。不会因能量
波动导致负荷运行不稳定或损坏。
17.图4为示意图，示出了本发明控制情况下输出电压与无功功率的关系及变动趋势。如图4所示，逆变电源电压与无功功率的相对关系，逆变电源电压与无功功率呈负相关关系。如连接逆变电路系统内部的负荷发生变化，将会在瞬间引起系统内部电压的变化，为了使系统电压保持平衡，系统将减小无功功率输出，使电压迅速回升维持在额定状态。反之，如果系统内部电压升高，系统将增加无功功率输出，使电压降低，维持稳定。
18.图5为示意图，示出了本发明进行移相控制的方式。如图5所示，为使微网系统自身增加或减少无功功率的输出，通过对电压或电流进行移相的方式，调整电压与电流的夹角φ，因无功功率等于电压与电流夹角的正弦成正相关关系，所以当移相调整夹角φ，随之正弦系数发生改变，调节了无功功率的输出，从而调节微网系统电压。


技术特征：
1.一种逆变器功率控制方法，其特征在于，所述的逆变器是应用于储能系统或微电网系统的核心控制设备，控制储能系统的电压、电流、有功功率、无功功率，所述控制方法应用于包括：由光伏发电、风力发电、风光互补、光柴互补、水光互补等可再生能源组成的可独立于公共电网运行的380v/50hz或220v/50hz的供电系统；经逆变器将电源转换成380v/50hz或220v/50hz交流电源的燃料电池系统；并网型及后备式，可脱离公共电网独立运行的380v/50hz或220v/50hz供电系统。2.根据权利要求1所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，由电力电子部件构成，包含：dc-dc变换电路、逆变电路、滤波电路等，不包含有发电机转子等转动部件，不包含励磁电路。3.根据权利要求1所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，由dsp芯片控制逆变器的频率输出，从而控制逆变器的有功功率输出，并通过逆变器控制系统内能量的输入，实现供应给负载的能量稳定。4.根据权利要求1所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，该逆变器或电路，内部不包含转动的励磁线圈，不通过电机转速来控制频率。5.根据权利要求1所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，该逆变器频率控制范围为48hz-50.5hz，当负载对能量需求降低时，系统中能量会出现瞬时提升，逆变器检测到能量过剩后，立即启动频率调节功能，提升输出频率，逆变器的输出有功功率降低，从而降低输入给负载的有功功率，稳定系统能量。6.根据权利要求1所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，系统中由逆变电路或频率调节电路作为系统的控制中枢，通过逆变电路调节系统内输出无功功率q在-10～ 10％范围内波动，从而控制调节系统内的电压使其稳定。7.根据权利要求2所述的逆变器功率控制方法，起特征在于，该电路包含以下单元及步骤：控制单元、基准配置单元、采样单元、ad转换单元、比较单元；电路启动后，由基准配置单元配置系统内电压基准，通过自检电路正常工作后，采样单元采集微电网母线上电压v0，并经ad转换单元转换后，经比较电路与基准进行比较，然后由控制单元控制输出无功功率。8.根据权利要求3所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，控制单元自检启动电路的步骤p1，基准单元配置微电网的电压基准，设置基准标识v0的步骤p2，设置采样频率并控制采样电路进行采样的步骤p3，设置采样中断并进行ad转换，生产采样标识v
r
的步骤p4,v
r
与v0进行比较运算，生成v
d
的步骤p5。9.根据权利要求4所述的逆变器功率控制方法，其特征在于，若v
d
大于0，则微电网内电压上升，控制单元调节相位角φ，使输出的电流滞后于电压，从而增加无功功率，若v
d
小于0，则微电网内电压下降，控制单元调节相位角φ，使输出的电流同步或超前于电压，从而减少无功功率。

技术总结
本发明涉及一种逆变器功率控制方法，逆变器是将直流电能转换成常规220V/380V、50Hz的交流电能的设备，逆变器通常应用新能源发电系统，或储能系统，电源特性较软，组成的系统支撑能力较弱，经常存在较大的波动。本发明通过研究电力系统中有功功率与频率、无功功率与电压的对应关系，采取移相方式，通过调节移相角Φ，来调节电压与电流之间的夹角，从而在有功功率输出过高时，通过提升系统频率来降低有功功率输出；同样在系统无功功率较高时，通过提升逆变电压来降低无功功率输出，从而实现逆变电源输出功率的稳定控制。输出功率的稳定控制。输出功率的稳定控制。


技术研发人员：周洋 沈辉 周煜
受保护的技术使用者：苏州玮晟智能科技有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/6/14