專(zhuān)利名稱(chēng)：基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器、控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器、控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
世界能源需求的不斷增長(zhǎng)使得可再生能源的利用，尤其是光伏發(fā)電，正逐漸受到越來(lái)越多的青睞。近年來(lái)，光伏建筑集成系統(tǒng)和微電網(wǎng)系統(tǒng)的廣泛接受與深入研究進(jìn)一步增強(qiáng)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用性，同時(shí)，也將人們的目光吸引到了微逆變器上，即單個(gè)光伏組件和逆變器集成在一起直接饋送交流電流到公用電網(wǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式光伏并網(wǎng)逆變器，微逆變器具有單塊組件最大功率點(diǎn)跟蹤、低直流電壓、擴(kuò)展靈活、即插即用等優(yōu)點(diǎn)。向電網(wǎng)注入高品質(zhì)的同頻同相正弦交流電流、對(duì)光伏組件進(jìn)行高效的最大功率點(diǎn)跟蹤以及實(shí)現(xiàn)高效、高性?xún)r(jià)比和高可靠性是光伏微逆變器所追求的目標(biāo)。目前，基于反激變換器和換流橋構(gòu)建的拓?fù)浔徽J(rèn)為是微逆變器最適合的解決方案。因?yàn)橐环矫娣醇ぷ儞Q器工作在電流連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)，開(kāi)關(guān)管承受的峰值電流較低，從而允許使用更低電流定額的功率器件，另一方面變壓器不完全去磁，有助于降低磁滯損耗，系統(tǒng)整體效率較高。同時(shí)還可采用高頻調(diào)制技術(shù)，能夠在一定程度上減小高頻變壓器體積的影響。在現(xiàn)有的技術(shù)中，為了保證交流模塊向電網(wǎng)注入高質(zhì)量的同相正弦交流電流，主要采用并網(wǎng)電流直接控制和間接控制原邊電流兩種控制方法。并網(wǎng)電流直接控制方式中，最大功率點(diǎn)追蹤器根據(jù)光伏組件的狀態(tài)計(jì)算出并網(wǎng)電流幅值，利用單相鎖相環(huán)方法計(jì)算出電網(wǎng)相位，二者相乘作為并網(wǎng)電流參考值，采樣并網(wǎng)電流進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流以一定的精度跟蹤參考值。但是，反激變換器在連續(xù)導(dǎo)電模式下控制至輸出電流的傳遞函數(shù)中存在的右半s平面零點(diǎn)，不僅限制了系統(tǒng)帶寬，而且影響了控制器對(duì)輸出并網(wǎng)電流的跟蹤性能。而間接控制原邊電流控制方案中，原邊電流到輸出并網(wǎng)電流使用開(kāi)環(huán)控制，通過(guò)對(duì)原邊電流的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的控制，從而在根本上杜絕了對(duì)并網(wǎng)電流直接控制的缺陷，但雙內(nèi)環(huán)的控制結(jié)構(gòu)不僅增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，消耗更多的控制器資源，而且不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器、控制系統(tǒng)和方法，其目的在于，通過(guò)基于副邊參考電流重構(gòu)原邊參考電流，以副邊電流作為控制目標(biāo)，在一定程度上降低總諧波畸變，改善電能質(zhì)量?；诟边厖⒖茧娏髦貥?gòu)的光伏微逆變器，包括直流側(cè)電容Cpv (301)、交錯(cuò)并聯(lián)反激電路(302 )、H換流橋(303 )和輸出濾波器(304 );直流側(cè)電容Cpv與光伏電池并聯(lián)；用于對(duì)直流側(cè)二次紋波功率進(jìn)行緩沖；交錯(cuò)并聯(lián)反激電路包括第一變壓器Tl、第二變壓器T2、功率MOSFET管SPV1、SPV2，及電力二極管Dratl和Drert2 ;用于實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)微逆變器的輸出電流波形控制和光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤；輸出濾波器包括濾波電容CgHd和濾波電感LgHd ；H換流橋包括晶閘管Sael、Sae2和MOSFET管Qael、Qae2，Sacl和Qael構(gòu)成正向換流橋臂，Sacl的負(fù)極與濾波電感L-d —端相連，濾波電感LgHd另一端和Qacl的D極與電網(wǎng)相連；Sac;2和Qae2構(gòu)成負(fù)向換流橋臂，Qae2的D極與濾波電感LgHd的一端相連，濾波電感LgHd另一端和Sac2的負(fù)極與電網(wǎng)相連；Sac;1和Sae2的正極與Drertl的負(fù)極相接，Qacl和Qae2的S極均與第一變壓器Tl和第二變壓器T2副邊繞組的第二端相接；Sacl的負(fù)極和Qaca的D極接輸出濾波器的輸入側(cè)，Sae2的負(fù)極和Qae2的D極接輸出濾波器的輸入側(cè)，輸出濾波器的輸出側(cè)與電網(wǎng)GgHd相接；第一反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spvi的S極接光伏電池的負(fù)極，第一反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spvi的D極通過(guò)第一變壓器Tl的原邊接光伏電池的正極；第二反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spv2的S極接光伏電池的負(fù)極，第二反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spv2的D極通過(guò)第二變壓器T2的原邊接光伏電池的正極；第一變壓器Tl的副邊繞組的第一端接Dratl的正極，Dratl的負(fù)極接Sael和Sae2的正極；第二變壓器T2的副邊繞組的第一端接Drert2的正極，Drect2的負(fù)極與Dratl的負(fù)極相連；MOSFET管Qael和Qae2的S極以及第一變壓器Tl和第二變壓器T2副邊繞組的第二端短接在一起；Cgrid接于Sacl的負(fù)極和Sac2的負(fù)極之間；Lgrid的一端接Sael的負(fù)極，Lgrid的另一端與Sae2的負(fù)極接入到電網(wǎng)中?；诟边厖⒖茧娏髦貥?gòu)的光伏微逆變器控制系統(tǒng)，包括所述的基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器，還包括直流電壓和電流采樣模塊、驅(qū)動(dòng)電路、副邊脈沖電流采樣模塊、交流采樣和鎖相模塊及信號(hào)處理單元；所述直流電壓采樣模塊的輸入端分別與所述光伏電池的正極和負(fù)極相接，輸出端與信號(hào)處理單元相連；用于采集光伏電池的電壓；交流采樣和鎖相模塊和所述電網(wǎng)相接；用于檢測(cè)公用電網(wǎng)電壓的幅值，計(jì)算公用電網(wǎng)相角，其中V#id是被交流采樣和鎖相模塊進(jìn)行處理后的電壓幅值；原邊脈沖電流采樣模塊與第一變壓器和第二變壓器的原邊繞組的第一端均相連；用于檢測(cè)高頻變壓器原邊電流；驅(qū)動(dòng)電路的2個(gè)輸出端分別與功率開(kāi)關(guān)管Spvi和Spv2的G極相連；用于向原邊繞組開(kāi)關(guān)管提供開(kāi)通或關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；信號(hào)處理單元包括MPPT控制器、原邊參考電流重構(gòu)器、狀態(tài)機(jī)、均流控制器以及并網(wǎng)電流控制器；原邊參考電流重構(gòu)器與所述直流電壓和電流采樣模塊和交流采樣和鎖相模塊均相接；用于根據(jù)光伏組件輸出電壓、公用電網(wǎng)電壓幅值和相角以及最大功率點(diǎn)跟蹤器提供的副邊參考電流幅值重構(gòu)出原邊參考電流?；诟边厖⒖茧娏髦貥?gòu)的光伏微逆變器控制方法，采用所述的基于副邊電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制系統(tǒng)，基于副邊電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制方法，以副邊電流幅值為控制目標(biāo)，用副邊參考電流重構(gòu)原邊參考電流，通過(guò)對(duì)原邊開(kāi)關(guān)管的高頻控制，即通過(guò)并網(wǎng)電流峰值計(jì)算得到開(kāi)關(guān)管占空比的主控制量D，疊加通過(guò)均流控制器得到的附加控制量
A D后經(jīng)調(diào)制器輸出脈沖信號(hào)控制Spvi和Spv2的通斷，使得副邊電流保持為(-|sin(ty/)|，實(shí)現(xiàn)
對(duì)交錯(cuò)反激光伏并網(wǎng)微逆變器中并網(wǎng)電流的控制。所述控制方法具體步驟如下:步驟1:在每個(gè)控制周期利用直流電壓和電流采樣模塊檢測(cè)光伏電池輸出電壓Vpv,利用交流采樣和鎖相模塊檢測(cè)公用電網(wǎng)電壓幅值Vg ；步驟2:采用單相鎖相環(huán)計(jì)算當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位角度0 ；光伏并網(wǎng)微逆變器的鎖相環(huán)PLL采用了對(duì)電網(wǎng)電壓的過(guò)零檢測(cè)，檢測(cè)出當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位角度Q ( 9 = t)；步驟3:初始化計(jì)數(shù)器A為0，對(duì)MPPT計(jì)數(shù)器A加I，接著對(duì)MPPT計(jì)數(shù)器A進(jìn)行判斷，若MPPT計(jì)數(shù)器A達(dá)到設(shè)定值M，則MPPT執(zhí)行周期到，進(jìn)行MPPT控制，MPPT即MaximumPower Point Tracking是最大功率點(diǎn)跟蹤,執(zhí)行步驟4,否則,執(zhí)行步驟5 ;所述步驟3中MPPT控制器執(zhí)行頻率為I 10Hz，結(jié)合選用的控制器主頻，利用控制器主頻除以MPPT控制器的操作執(zhí)行頻率得到值P，設(shè)定MPPT計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M, M=l/P ；步驟4:利用最大功率點(diǎn)跟蹤法計(jì)算副邊參考電流幅值< ;最大功率點(diǎn)跟蹤 法:是以光伏電池的平均輸出電壓和平均輸出電流為輸入，參考并網(wǎng)電流峰值為它的輸出；步驟5:原邊參考電流重構(gòu)器基于副邊參考電流重構(gòu)原邊參考電流/
權(quán)利要求
1.基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器，其特征在于，包括直流側(cè)電容CPV(301)、交錯(cuò)并聯(lián)反激電路(302 )、H換流橋(303 )和輸出濾波器(304); 直流側(cè)電容Cpv與光伏電池并聯(lián)；用于對(duì)直流側(cè)二次紋波功率進(jìn)行緩沖；寫(xiě)入說(shuō)明書(shū)交錯(cuò)并聯(lián)反激電路包括第一變壓器Tl、第二變壓器T2、功率MOSFET管SPV1、SPV2，及電力二極管 Dratl 和 Drat2 ； 輸出濾波器包括濾波電容CgHd和濾波電感L#id ； H換流橋包括晶閘管Sael、Sae2和MOSFET管Qael、Qac2, Sacl和Qael構(gòu)成正向換流橋臂，Sacl的負(fù)極與濾波電感L#id —端相連，濾波電感L#id另一端和Qacl的D極與電網(wǎng)相連；Sac;2和Qac^構(gòu)成負(fù)向換流橋臂，Qac;2的D極與濾波電感LgHd的一端相連，濾波電感L#id另一端和Sae2的負(fù)極與電網(wǎng)相連；Sac;1和Sac;2的正極與Drertl的負(fù)極相接，Qacl和Qac;2的S極均與第一變壓器Tl和第二變壓器T2副邊繞組的第二端相接； Sacl的負(fù)極和Qacl的D極接輸出濾波器的輸入側(cè)，Sac2的負(fù)極和Qae2的D極接輸出濾波器的輸入側(cè)，輸出濾波器的輸出側(cè)與電網(wǎng)GgHd相接； 第一反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)SpvJ^ S極接光伏電池的負(fù)極，第一反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spvi的D極通過(guò)第一變壓器Tl的原邊接光伏電池的正極；第二反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spv2的S極接光伏電池的負(fù)極，第二反向阻斷型功率開(kāi)關(guān)Spv2的D極通過(guò)第二變壓器T2的原邊接光伏電池的正極； 第一變壓器Tl的副邊繞組的第一端接D_tl的正極，Dratl的負(fù)極接Sacl和Sac2的正極；第二變壓器T2的副邊繞組的第一端接Drat2的正極，Drect2的負(fù)極與Dratl的負(fù)極相連；MOSFET管Qael和Qae2的S極以及第一變壓器Tl和第二變壓器T2副邊繞組的第二端短接在一起； Cgrid接于Saca的負(fù)極和Sae2的負(fù)極之間； Lgrid的一端接Saca的負(fù)極，Lgrid的另一端與Sae2的負(fù)極接入到電網(wǎng)中。
2.基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的基于副邊參考電流重構(gòu)的微逆變器，還包括直流電壓和電流采樣模塊、驅(qū)動(dòng)電路、副邊脈沖電流采樣模塊、交流采樣和鎖相模塊及信號(hào)處理單元； 所述直流電壓采樣模塊的輸入端分別與所述光伏電池的正極和負(fù)極相接，輸出端與信號(hào)處理單元相連； 交流采樣和鎖相模塊和所述電網(wǎng)相接； 原邊脈沖電流采樣模塊與第一變壓器和第二變壓器的原邊繞組的第一端均相連； 驅(qū)動(dòng)電路的2個(gè)輸出端分別與功率開(kāi)關(guān)管Spvi和Spv2的G極相連； 信號(hào)處理單元包括MPPT控制器、原邊參考電流重構(gòu)器、狀態(tài)機(jī)、均流控制器以及并網(wǎng)電流控制器； 原邊參考電流重構(gòu)器與所述直流電壓和電流采樣模塊和交流采樣和鎖相模塊均相接。
3.基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制方法，其特征在于，采用權(quán)利要求2所述的基于副邊電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制系統(tǒng)，基于副邊電流重構(gòu)的交錯(cuò)反激光伏并網(wǎng)微逆變器控制方法，以副邊電流幅值為控制目標(biāo)，用副邊參考電流重構(gòu)原邊參考電流，通過(guò)對(duì)原邊開(kāi)關(guān)管的高頻控制，即通過(guò)并網(wǎng)電流峰值計(jì)算得到開(kāi)關(guān)管占空比的主控制量D，疊加通過(guò)均流控制器得到的附加控制量A D后經(jīng)調(diào)制器輸出脈沖信號(hào)控制Spvi和Spv2的通斷，使得副邊電流保持為On(ftV)|，實(shí)現(xiàn)對(duì)交錯(cuò)反激光伏并網(wǎng)微逆變器中并網(wǎng)電流的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制方法，其特征在于，所述控制方法具體步驟如下: 步驟1:在每個(gè)控制周期利用直流電壓和電流采樣模塊檢測(cè)光伏電池輸出電壓Vpv，利用交流采樣和鎖相模塊檢測(cè)公用電網(wǎng)電壓幅值Vg ； 步驟2:采用單相鎖相環(huán)計(jì)算當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位角度0 ； 步驟3:初始化計(jì)數(shù)器A為O，對(duì)MPPT計(jì)數(shù)器A加I，接著對(duì)MPPT計(jì)數(shù)器A進(jìn)行判斷，若MPPT計(jì)數(shù)器A達(dá)到設(shè)定值M，則MPPT執(zhí)行周期到，進(jìn)行MPPT控制，MPPT即Maximum PowerPoint Tracking是最大功率點(diǎn)跟蹤，執(zhí)行步 驟4，否則，執(zhí)行步驟5 ； 所述步驟3中MPPT控制器執(zhí)行頻率為I 10Hz，結(jié)合選用的控制器主頻，利用控制器主頻除以MPPT控制器的操作執(zhí)行頻率得到值P，設(shè)定MPPT計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M, M=l/P ； 步驟4:利用最大功率點(diǎn)跟蹤法計(jì)算副邊參考電流幅值/:; 最大功率點(diǎn)跟蹤法:是以光伏電池的平均輸出電壓和平均輸出電流為輸入，參考并網(wǎng)電流峰值為它的輸出； 步驟5:原邊參考電流重構(gòu)器基于副邊參考電流重構(gòu)原邊參考電流/
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制方法，其特征在于，所述的步驟7中并網(wǎng)電流方向判別及控制步驟如下: 步驟1:如果電網(wǎng)相位角度9進(jìn)入過(guò)零區(qū)間[a，@ ]，關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)Spvi和Spv2以及當(dāng)前導(dǎo)通的換流橋臂中晶閘管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)入等待切換到另一組橋臂導(dǎo)通的狀態(tài)； 步驟2:檢測(cè)電網(wǎng)是否存在電壓過(guò)零信號(hào)，若存在電壓過(guò)零信號(hào)，關(guān)閉當(dāng)前導(dǎo)通的換流橋臂中的MOSFET管； 步驟3:如果電網(wǎng)相位角度已經(jīng)離開(kāi)過(guò)零區(qū)間[a，P ]，則進(jìn)入步驟4 ;否則直接退出并網(wǎng)電流方向控制；步驟4:對(duì)并網(wǎng)電流狀態(tài)是否處于第一、第二象限進(jìn)行判斷，若是，則將當(dāng)前并網(wǎng)電流切換到第三、第四象限；否則，將并網(wǎng)電流切換到第一、第二象限。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器控制方法，其特征在于，所述過(guò)零區(qū)間[a，0]依據(jù)所選用的換流晶閘管的開(kāi)關(guān)性能設(shè)置，其中，a取決于并網(wǎng)電流下降時(shí)間和所選用晶閘管的關(guān)斷延時(shí)，所設(shè)置的a要保證并網(wǎng)電流下降到零后電網(wǎng)過(guò)零前當(dāng)前已開(kāi)通換流橋臂的晶閘管能可靠關(guān)斷，參照選用的晶閘管數(shù)據(jù)手冊(cè)中的關(guān)斷延時(shí)設(shè)置，在晶閘管關(guān)斷延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)上延長(zhǎng)5% 10%; P取決于所選用晶閘管的反向阻斷恢復(fù)延時(shí)以及硬件過(guò)零檢測(cè)的靈敏度，所設(shè)置的P要保證電網(wǎng)可靠過(guò)零后即將開(kāi)通的換流橋臂能夠安全開(kāi)通，參照選用的晶閘管數(shù)據(jù)手冊(cè)中的正向阻斷恢復(fù)時(shí)間設(shè)置，在晶閘管正向阻斷恢復(fù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)上延 長(zhǎng)5% 10%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于副邊參考電流重構(gòu)的光伏微逆變器、控制系統(tǒng)和方法，采用基于副邊參考電流重構(gòu)的交錯(cuò)反激光伏并網(wǎng)微逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)包括基于副邊參考電流重構(gòu)的交錯(cuò)反激光伏并網(wǎng)微逆變器，直流電壓和電流采樣模塊、驅(qū)動(dòng)電路、副邊脈沖電流采樣模塊、交流采樣和鎖相模塊及信號(hào)處理單元，本發(fā)明提出的控制方法是一種更接近并網(wǎng)電流直接控制的間接控制方法，采用基于副邊參考電流重構(gòu)的原邊參考電流控制反激變換器原邊開(kāi)關(guān)管的通斷，既有效避免了直接控制方法中控制響應(yīng)遲鈍、跟蹤精度不高等問(wèn)題，也能夠保證輸出電流與公用電網(wǎng)電壓同頻同相，大幅度降低并網(wǎng)電流總諧波畸變，改善輸出電能質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02M3/335GK103208939SQ201310138509
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者孫堯, 王海龍, 粟梅, 曾麗娟, 楊建 申請(qǐng)人:江西中能電氣科技有限公司