一種光伏并網(wǎng)逆變電路、開關(guān)控制電路及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏并網(wǎng)逆變電路、開關(guān)控制電路及控制方法，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明中當(dāng)光伏電池組輸出電壓比電網(wǎng)交流輸出電壓大時(shí)，斬波開關(guān)管SWc不導(dǎo)通，電流通過旁路二極管Db流向后級(jí)全橋逆變單元，全橋逆變單元工作在SPWM調(diào)制模式；當(dāng)光伏電池組小于等于電網(wǎng)交流輸出電壓時(shí)，斬波開關(guān)管SWc工作在高頻PWM模式，全橋逆變單元工頻工作。本發(fā)明任意時(shí)刻僅有一級(jí)變換器單元高頻工作，有利于整機(jī)效率的提高；由于不使用大容量電解直流電容器組，可以實(shí)現(xiàn)尺寸小、重量輕且低成本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】-種光伏并網(wǎng)逆變電路、開關(guān)控制電路及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種光伏并網(wǎng)逆變電路、開關(guān)控 制電路及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 從環(huán)保的觀點(diǎn)來看，小規(guī)模分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在住宅用電上的應(yīng)用越來 越受歡迎。對(duì)于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，非隔離單相正弦波逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在成本、尺寸 和效率方面都有優(yōu)點(diǎn)，這使得非隔離光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有很好的發(fā)展前景。非隔離正弦波逆 變器主電路主要包括兩個(gè)工作部分：一是用于提升來自光伏組件陣列低電壓的升壓部分； 二是用于交流連接到電網(wǎng)或者直接帶負(fù)載的高頻PWM調(diào)制的逆變部分。
[0003] 傳統(tǒng)的兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器的前級(jí)一般采用Boost升壓?jiǎn)卧獊硖嵘斎腚妷海蠹?jí) 逆變器直接變換成交流電。前級(jí)升壓?jiǎn)卧恢碧幱诟哳lPWM調(diào)制狀態(tài)，后級(jí)逆變單元?jiǎng)t以 SPWM(正弦脈寬調(diào)制）方式高頻調(diào)制，所以前級(jí)升壓部分和后級(jí)逆變部分同時(shí)工作在高頻 狀態(tài)，開關(guān)管的開關(guān)損耗很大，不利于整機(jī)效率的提高。除此之外，為了保持升壓后的電壓 為恒值，連接在直流總線中的電解電容器組需要足夠高的電容。因此電解電容器組尺寸大， 且具有更高頻率的紋波電流，由于等效串聯(lián)電阻的存在，會(huì)造成功率損耗，而且電解直流電 容器組笨重，對(duì)溫度要求高，壽命短。
[0004] 經(jīng)檢索，中國專利申請(qǐng)?zhí)?01110353854. 4,申請(qǐng)日為2011年11月10日，發(fā)明 創(chuàng)造名稱為：光伏并網(wǎng)逆變器變直流母線電壓控制方法和控制系統(tǒng)，該申請(qǐng)案的光伏逆 變器增加了一個(gè)旁路二極管與Boost電路并聯(lián)，并在光伏電池輸出側(cè)并聯(lián)了一個(gè)大電容。 該申請(qǐng)案的電壓控制方法包括以下步驟：采集電網(wǎng)電壓Vac和輸入直流電壓Vpv;判斷 Vpv彡1. 6Vac是否成立；如判斷為是，關(guān)閉Boost電路；如判斷為否，開通Boost電路；對(duì)輸 入直流電壓Vpv進(jìn)行逆變。該申請(qǐng)案通過實(shí)時(shí)調(diào)整母線電壓，以減少Boost電路的工作時(shí) 間，降低電磁干擾，在一定程度上提高了系統(tǒng)效率。但該申請(qǐng)案光伏逆變器的Boost電路部 分包括兩個(gè)大電容，上文分析的因使用大電容引入的光伏逆變器體積大、笨重，易產(chǎn)生高頻 率紋波電流以及功率損耗大等問題非但未得到緩解反而更加嚴(yán)重，光伏逆變器制造成本高 且穩(wěn)定性不好；此外，該申請(qǐng)案的逆變部分仍一直工作在高頻狀態(tài)，開關(guān)損耗大，整機(jī)效率 低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0006] 本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)光伏逆變器存在的：1)開關(guān)損耗大、整機(jī)效率低；2) 由于使用大容量電解電容器組導(dǎo)致光伏逆變器體積大、笨重，功率損耗大等問題；提供了一 種光伏并網(wǎng)逆變電路、開關(guān)控制電路及控制方法。使用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，根據(jù)輸入 電壓和電網(wǎng)電壓的大小關(guān)系來確定兩級(jí)變換器單元的工作模式，可以使得任意時(shí)刻僅有一 級(jí)變換器單元高頻工作，有利于整機(jī)效率的提高；另外，由于不使用大容量電解直流電容器 組，可以實(shí)現(xiàn)尺寸小、重量輕且低成本的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0007] 2.技術(shù)方案
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0009] 本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)逆變電路，包括直流升壓?jiǎn)卧?、全橋逆變單元、濾波單元、 光伏電池組和電網(wǎng)，其中：
[0010] 所述的全橋逆變單元與直流升壓?jiǎn)卧B接，該全橋逆變單元為由全橋逆變開關(guān)管 SWi、sw2、sw3、sw4組成的逆變橋；
[0011] 所述的濾波單元包括濾波電感Lf和濾波電容Cf，濾波電感L f的第一端與所述全橋 逆變開關(guān)管SWi、SW2組成橋臂的中間點(diǎn)連接，該濾波電感Lf的第二端分別與濾波電容C f的 第一端、電網(wǎng)的一端連接，電網(wǎng)的另一端與濾波電容(^的第二端連接；濾波電容(^的第二端 還與全橋逆變開關(guān)管sw 3、sw4組成橋臂的中間點(diǎn)連接；
[0012] 所述的直流升壓?jiǎn)卧ㄅ月范O管Db、升壓電感Lb、二極管Dc、斬波開關(guān)管SWc 和中間電容Cc，光伏電池組的正極分別與旁路二極管Db的正極、升壓電感Lb的第一端連接， 旁路二極管D b的負(fù)極分別與二極管D。的負(fù)極、中間電容Cc的第一端連接，升壓電感Lb的 第二端分別與二極管Dc的正極、斬波開關(guān)管SWc的集電極連接；所述的光伏電池組的負(fù)極 分別與斬波開關(guān)管SWc的發(fā)射極、中間電容Cc的第二端連接。
[0013] 更進(jìn)一步地，所述的中間電容Cc為小容量薄膜電容。
[0014] 本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)逆變電路的開關(guān)控制電路，包括斬波開關(guān)管SWc控制電路 和全橋逆變開關(guān)管SWi、sw 2、sw3、sw4控制電路，其中：
[0015] 所述的斬波開關(guān)管SWc控制電路中正弦波發(fā)生器I的信號(hào)輸出端經(jīng)全波整流器 I分別與比較器I的同相輸入端、DSP微處理器的輸入端連接，信號(hào)采集器的信號(hào)輸出端分 別與比較器I的反相輸入端、DSP微處理器的輸入端連接，比較器I、DSP微處理器的信號(hào) 輸出端分別與乘法器I的輸入端相連，乘法器I的輸出信號(hào)作為SWc的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0016] 所述的全橋逆變開關(guān)管SWi、SW2、SW3、SW 4控制電路中正弦波發(fā)生器II的信號(hào)輸出 端經(jīng)全波整流器II與比較器II的同相輸入端連接，三角波發(fā)生器的信號(hào)輸出端與比較器II 的反相輸入端連接；正弦波發(fā)生器III的信號(hào)輸出端與比較器III的同相輸入端連接，比較器 III的反相輸入端與零電壓連接；正弦波發(fā)生器IV的信號(hào)輸出端與比較器IV的反相輸入端連 接，比較器IV的同相輸入端與零電壓連接；比較器II、比較器III的信號(hào)輸出端與乘法器II的 輸入端相連，乘法器II的輸出信號(hào)作為SWi的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，乘法器II接反相器I的輸出信號(hào)作 為sw 2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；比較器II、比較器IV的信號(hào)輸出端與乘法器III的輸入端相連，乘法器III 的輸出信號(hào)作為sw3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，乘法器III接反相器II的輸出信號(hào)作為sw4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0017] 本發(fā)明的一種光伏并網(wǎng)逆變電路的控制方法，其步驟為：
[0018] 步驟一、判斷光伏電池組輸出電壓Vin是否大于電網(wǎng)交流輸出電壓絕對(duì)值|V wt| ;
[0019] 步驟二、由步驟一的判斷結(jié)果控制斬波開關(guān)管SWc的通斷，若vin> |ν_|，則控制 SWc關(guān)斷；若Vin彡I I，則控制SWc工作在高頻PWM狀態(tài)；
[0020] 步驟三、根據(jù)SWc的通斷控制全橋逆變開關(guān)管SWp sw2、sw3、sw4的通斷，若swc關(guān) 斷，則控制工作在SPWM調(diào)制模式，若SW。工作在高頻PWM狀態(tài)，則控制SWi、 sw2、sw3、sw4以工頻調(diào)制方式工作。
[0021] 更進(jìn)一步地，步驟二控制斬波開關(guān)管SWc通斷的具體過程為：正弦波發(fā)生器I產(chǎn) 生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波，經(jīng)全波整流器I整流后輸入比較器I的同相輸入端以及DSP微處理器 的輸入端，信號(hào)米集器米集光伏電池組的輸出電壓Vin輸入比較器I的反相輸入端以及DSP 微處理器的輸入端，經(jīng)比較器I比較得到的脈沖序列以及經(jīng)DSP微處理器處理的信號(hào)通過 乘法器I相乘，乘法器I輸出的脈沖序列控制SW。的通斷。
[0022] 更進(jìn)一步地，步驟三控制全橋逆變開關(guān)管SWp SW2、SW3、SW4通斷的具體過程為：正 弦波發(fā)生器II產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波，經(jīng)全波整流器II整流后輸入比較器II的同相輸入端， 三角波發(fā)生器產(chǎn)生幅值為v in的三角波輸入比較器II的反相輸入端；正弦波發(fā)生器III產(chǎn)生 標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波輸入比較器III的同相輸入端，與零電壓經(jīng)比較器III比較；正弦波發(fā)生器IV 也產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波輸入比較器IV的反相輸入端，與零電壓經(jīng)比較器IV比較；比較器II、 比較器III的輸出信號(hào)通過乘法器II相乘，乘法器II的輸出信號(hào)控制SWi的通斷，乘法器II接 反相器I的輸出信號(hào)控制sw 2的通斷；比較器II、比較器IV的輸出信號(hào)通過乘法器III相乘， 乘法器III的輸出信號(hào)控制SW3的通斷，乘法器III接反相器II的輸出信號(hào)控制sw 4的通斷。
[0023] 更進(jìn)一步地，所述的DSP微處理器的輸出信號(hào)為脈沖調(diào)節(jié)占空比

【權(quán)利要求】
1. 一種光伏并網(wǎng)逆變電路，包括直流升壓?jiǎn)卧↖)、全橋逆變單元（2)、濾波單元（3)、 光伏電池組（4)和電網(wǎng)（5)，其中： 所述的全橋逆變單元（2)與直流升壓?jiǎn)卧?)連接，該全橋逆變單元（2)為由全橋逆 變開關(guān)管SWpSW2、SW3、SW4組成的逆變橋； 所述的濾波單元（3)包括濾波電感Lf和濾波電容Cf，濾波電感Lf的第一端與所述全橋 逆變開關(guān)管SW1、SW2組成橋臂的中間點(diǎn)連接，該濾波電感Lf的第二端分別與濾波電容Cf的 第一端、電網(wǎng)（5)的一端連接，電網(wǎng)（5)的另一端與濾波電容Cf的第二端連接；濾波電容Cf 的第二端還與全橋逆變開關(guān)管SW3、SW4組成橋臂的中間點(diǎn)連接；其特征在于： 所述的直流升壓?jiǎn)卧?)包括旁路二極管Db、升壓電感Lb、二極管Dc、斬波開關(guān)管SWc和中間電容Cc，光伏電池組（4)的正極分別與旁路二極管Db的正極、升壓電感Lb的第一端 連接，旁路二極管Db的負(fù)極分別與二極管D。的負(fù)極、中間電容Cc的第一端連接，升壓電感 Lb的第二端分別與二極管Dc的正極、斬波開關(guān)管SWc的集電極連接；所述的光伏電池組（4) 的負(fù)極分別與斬波開關(guān)管SWc的發(fā)射極、中間電容Cc的第二端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏并網(wǎng)逆變電路，其特征在于：所述的中間電容Cc為 小容量薄膜電容。
3. -種光伏并網(wǎng)逆變電路的開關(guān)控制電路，其特征在于：包括斬波開關(guān)管SWc控制電 路和全橋逆變開關(guān)管SWpSW2、SW3、SW4控制電路，其中： 所述的斬波開關(guān)管SWc控制電路中正弦波發(fā)生器I的信號(hào)輸出端經(jīng)全波整流器I分 別與比較器I的同相輸入端、DSP微處理器的輸入端連接，信號(hào)采集器的信號(hào)輸出端分別與 比較器I的反相輸入端、DSP微處理器的輸入端連接，比較器I、DSP微處理器的信號(hào)輸出 端分別與乘法器I的輸入端相連，乘法器I的輸出信號(hào)作為SWc的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述的全橋逆變開關(guān)管SWpSW2、SW3、SW4控制電路中正弦波發(fā)生器II的信號(hào)輸出端經(jīng) 全波整流器II與比較器II的同相輸入端連接，三角波發(fā)生器的信號(hào)輸出端與比較器II的反 相輸入端連接；正弦波發(fā)生器III的信號(hào)輸出端與比較器III的同相輸入端連接，比較器III的 反相輸入端與零電壓連接；正弦波發(fā)生器IV的信號(hào)輸出端與比較器IV的反相輸入端連接， 比較器IV的同相輸入端與零電壓連接；比較器II、比較器III的信號(hào)輸出端與乘法器II的輸 入端相連，乘法器II的輸出信號(hào)作為SW1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，乘法器II接反相器I的輸出信號(hào)作為 SW2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；比較器II、比較器IV的信號(hào)輸出端與乘法器III的輸入端相連，乘法器III的 輸出信號(hào)作為SW3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，乘法器III接反相器II的輸出信號(hào)作為SW4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
4. 一種光伏并網(wǎng)逆變電路的控制方法，其步驟為： 步驟一、判斷光伏電池組⑷輸出電壓Vin是否大于電網(wǎng)（5)交流輸出電壓絕對(duì)值 IvoutI； 步驟二、由步驟一的判斷結(jié)果控制斬波開關(guān)管SWc的通斷，若Vin >IvratI，則控制SWc關(guān)斷；若Vin彡IVwtI，則控制SWc工作在高頻PWM狀態(tài)； 步驟三、根據(jù)SWc的通斷控制全橋逆變開關(guān)管SWpSW2、SW3、SW4的通斷，若SW。關(guān)斷，則 控制SWpSW2、SW3、SW4工作在SPWM調(diào)制模式，若SW。工作在高頻PWM狀態(tài)，則控制SWpSW2、 SW3、SW4以工頻調(diào)制方式工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏并網(wǎng)逆變電路的控制方法，其特征在于：步驟二控 制斬波開關(guān)管SWc通斷的具體過程為：正弦波發(fā)生器I產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波，經(jīng)全波整流 器I整流后輸入比較器I的同相輸入端以及DSP微處理器的輸入端，信號(hào)采集器采集光伏 電池組（4)的輸出電壓Vin輸入比較器I的反相輸入端以及DSP微處理器的輸入端，經(jīng)比較 器I比較得到的脈沖序列以及經(jīng)DSP微處理器處理的信號(hào)通過乘法器I相乘，乘法器I輸 出的脈沖序列控制SW。的通斷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光伏并網(wǎng)逆變電路的控制方法，其特征在于：步驟三控 制全橋逆變開關(guān)管SW1、SW2、SW3、SW4通斷的具體過程為：正弦波發(fā)生器II產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦 波，經(jīng)全波整流器II整流后輸入比較器II的同相輸入端，三角波發(fā)生器產(chǎn)生幅值為Vin的三 角波輸入比較器II的反相輸入端；正弦波發(fā)生器III產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波輸入比較器III的同 相輸入端，與零電壓經(jīng)比較器III比較；正弦波發(fā)生器IV也產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)交流正弦波輸入比較器 IV的反相輸入端，與零電壓經(jīng)比較器IV比較；比較器II、比較器III的輸出信號(hào)通過乘法器II 相乘，乘法器II的輸出信號(hào)控制SW1的通斷，乘法器II接反相器I的輸出信號(hào)控制SW2的通 斷；比較器II、比較器IV的輸出信號(hào)通過乘法器III相乘，乘法器III的輸出信號(hào)控制SW3的通 斷，乘法器III接反相器II的輸出信號(hào)控制SW4的通斷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種光伏并網(wǎng)逆變電路的控制方法，其特征在于：所述 的DSP微處理器的輸出信號(hào)為脈沖調(diào)節(jié)占空比β= 1-·^廠。 ^ outI^in
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104270022SQ201410523189
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】陳樂柱, 穆瑜, 杜榮權(quán) 申請(qǐng)人:馬鞍山市安工大工業(yè)技術(shù)研究院有限公司