單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器的製造方法
2023-12-05 14:52:56 4
單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器的製造方法
【專利摘要】單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，屬於光伏逆變【技術領域】，本發明為解決併網逆變器交流側採用串聯大電感來實現濾波，存在動態響應慢的問題。本發明方案：S1和S2構成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網的一端；S3和S4構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網的另一端；S5和S6構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網的另一端；三個橋臂均並聯在太陽能電池PV的兩端；六個開關管的開關時序為：在電網電壓正半周期間，S1導通，S3和S5均關斷，S4和S6互補導通，留有死區時間；在電網電壓負半周期間，S2導通，S4和S6都關斷，S3和S5互補導通，留有死區時間。
【專利說明】單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器
【技術領域】
[0001]本發明涉及單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，屬於光伏逆變【技術領域】。
【背景技術】
[0002]併網逆變器作為光伏電池與電網間能量交換的核心，是整個光伏併網發電系統的關鍵環節，其安全性、可靠性以及能否實現高質量的電能轉換，是光伏發電系統亟需解決的關鍵問題之一。
[0003]併網逆變器流入電網電流的紋波大小直接影響併網電能質量，紋波越小，諧波汙染越輕，輸送到電網的電能質量越高；反之，諧波汙染越大，輸送給電網的電能質量越差。而且較大的併網電流紋波也會增加開關管和續流二極體的損耗。因此，在設計光伏併網逆變器時應該儘量減小併網電流紋波，將其控制在一定的範圍之內，也有利於減小EMI濾波器的體積和重量。在傳統單相光伏併網逆變器中，大多採用四個高頻開關管構成的單相全橋逆變電路結構，交流側的電流紋波比較明顯，為了減小紋波，往往通過在交流側串聯一個大電感來實現濾波功能，但是電感太大存在以下問題:
[0004]( I)為了保證流入電網的電流ig的相位、頻率能夠迅速的跟蹤電網電壓ug，必須使系統的動態響應足夠快，即電流跟蹤速度必須要大於期望輸出電流變化率的最大值，因此濾波電感L也就不能取得太大。
[0005](2)電感越大，相應的濾波裝置的體積、重量及成本也就越大。
【發明內容】
[0006]本發明目的是為了解決併網逆變器交流側採用串聯大電感來實現濾波、減小紋波，存在動態響應慢、濾波裝置體積大、重量大及成本高的問題，提供了一種單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器。
[0007]本發明所述單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，它包括工頻開關管S1、工頻開關管S2、聞頻開關管S3、聞頻開關管S4、聞頻開關管S5、聞頻開關管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關管均自帶體二極體；
[0008]S1和S2構成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網的一端；
[0009]S3和S4構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網的另一端；
[0010]S5和S6構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網的另一端；
[0011]三個橋臂均並聯在太陽能電池PV的兩端；
[0012]六個開關管的開關時序為:
[0013]S1和S2分別在電網電壓正半周和負半周互補導通，佔空比均為50%，留有死區時間；
[0014]在電網電壓正半周期內=S1始終導通，S2, S3, S5始終關斷，S4導通一S4、S6均關斷—S6導通一S4, S6均關斷，留有死區時間；
[0015]在電網電壓負半周期間:S2始終導通，S1, S4, S6始終關斷，S3導通一s3、s5均關斷—S5導通一S3、S5均關斷，留有死區時間。
[0016]本發明的優點:本發明提出單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器這一電路拓撲結構，其交流側在原有電感的基礎上並聯一個電感，同時增加了兩個開關管SpS2，形成六開關管控制的單相全橋逆變主電路結構，通過合理控制開關管的通斷，使兩個濾波電感電流的變化趨勢相反，從而減小併網電流紋波，提高電能質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是【背景技術】中涉及的採用四個高頻開關管逆變電路結構的併網逆變器拓撲圖；
[0018]圖2是本發明所述單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器的拓撲圖；
[0019]圖3是六個開關管在對應電網電壓正負半周的時序圖；
[0020]圖4是四個高頻開關管時序、兩個電感電流及電網電流的對應波形圖；
[0021]圖5是DSP控制原理圖。
【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:下面結合圖2-4說明本實施方式，本實施方式所述單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，它包括工頻開關管S1、工頻開關管S2、高頻開關管S3、高頻開關管S4>聞頻開關管S5、聞頻開關管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關管均自帶體二極體；
[0023]S1和S2構成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網的一端；
[0024]S3和S4構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網的另一端；
[0025]S5和S6構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網的另一端；
[0026]三個橋臂均並聯在太陽能電池PV的兩端；
[0027]六個開關管的開關時序為:
[0028]S1和S2分別在電網電壓正半周和負半周互補導通，佔空比均為50%，留有死區時間；
[0029]在電網電壓正半周期內=S1始終導通，S2, S3, S5始終關斷，S4導通一S4, S6均關斷—S6導通一S4, S6均關斷，留有死區時間；
[0030]在電網電壓負半周期間:S2始終導通，S1, S4, S6始終關斷，S3導通一S3> S5均關斷—S5導通一S3、S5均關斷，留有死區時間。
[0031]S1、S2為工頻開關管，分別在電網正半周期和負半周期工作，可以實現太陽能電池與電網的解耦控制，S4、S6 (S3、S5)為高頻開關管，在電網正(負)半周期內交錯導通，使電感LpL2中的電流上升和下降趨勢相反，總的併網電流ig中的紋波幅值減小，從而降低了對電網的諧波汙染。
[0032]在電網電壓正半周時，重複執行工作模態I和工作模態2，工作模態I和工作模態2互相切換時設置死區時間；
[0033]在電網電壓負半周時，重複執行工作模態3和工作模態4，工作模態3和工作模態4互相切換時設置死區 時間；
[0034]工作模態I =S1恆導通，S2、S3、S5恆關斷，此時S4導通，S6關斷，電感L1中的電流增大，電感L1儲能,其傳輸路徑為:PV+—S1 一電網一L1 一S4一PV-;與此同時，電感L2釋放能量，流經電感L2的電流減小，其閉合續流路徑為:電網一L2 —S5體二極體一S1 ；
[0035]工作模態2 =S1, S2, S3> S5開關狀態同工作模式I，此時開關管S6導通，S4關斷，L2的電流增大，電感L2儲存能量，傳輸路徑為:PV+— S1-電網一L2—S6-PV-;與此同時，L1釋放能量，L1的電流減小，其閉合續流路徑為:電網一L1 一S3體二極體一Sp
[0036]這樣，在開關管S1導通期間，通過S4和S6的交錯導通，使得電感L1和L2中的電流總是一個上升一個下降，因此，總的併網電流ig的紋波降低。
[0037]工作模態3:開關管S2恆導通，S1, S4, S6恆關斷，S3導通，S5關斷，流經L1中的電流增大，電感L1儲能，傳輸路徑為:PV+—S3一L1 一電網一S2 —PV-;與此同時，L2釋放能量，電流經電網一S2-S6體二極體一L2形成閉合續流迴路，電感L2釋放能量，電流下降。
[0038]工作模態4:開關管S2恆導通，SpSpS6恆關斷，S5導通，S3關斷，流經L2的電流增大，電感L2儲能，導通路徑為:PV+—S5—L2—電網一S2-PV-;與此同時，L1釋放能量，L1的電流下降，閉合續流路徑為:S4體二極體一L1 一電網一S2。
[0039]因此，在電網電壓的一個周期內，開關管的工作時序為:
[0040]正半周期=S1始終導通，S2, S3, S5始終關斷，S4導通一S4、S6均關斷一S6導通一S4,S6均關斷。在該過程中，工作模態I和工作模態2會重複出現，工作模態I結束後對應一個可變死區時間，然後進行工作模態2，工作模態2後經過一個死區時間後重複進行工作模態I，工作模態1、工作模態2以及兩個死區時間構成一個開關周期T。工作模態I對應圖4中t0一ti時間段，工作模態2對應圖4中t2—13時間段，h—12和t3—14時間段為可變死區時間，根據電網電壓進行實時調節。
[0041]負半周期:S2始終導通，S1, S4，S6始終關斷，S3導通一S3、S5均關斷一S5導通一S3、S5均關斷。在該過程中，工作模態3和工作模態4會重複出現，工作模態3結束後對應一個可變死區時間，然後進行工作模態4，工作模態4後經過一個死區時間後重複進行工作模態3，工作模態3和工作模態4構成一個開關周期T。負半周期的工作模態在圖4中的對應時間段與正半周期類似。
[0042]圖4為併網電流ig以及電感L1和L2中的電流波形，從中可以看出，該發明可以有效減小逆變器併網電流紋波，提高併網電能質量。
[0043]【具體實施方式】二:下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，六個開關管的驅動信號由DSP產生，具體過程為:
[0044]步驟一、採樣電網電壓Ug和電網電流ig ;採樣太陽能電池PV的輸出電壓ud。；
[0045]步驟二、電網電壓Ug經過比較器後輸出的信號為S1和S2提供驅動信號；
[0046]步驟三、電網電壓Ug經過鎖相處理輸出標準正弦波信號sin Θ ；
[0047]步驟四、太陽能電池PV電壓採樣值ud。與給定值IW作差後，進行PI調節，與步驟三獲取的sin0相乘，獲取電流內環給定值iMf ;
[0048]步驟五、步驟四獲取的電流內環給定值iMf與電網電流ig作差後，進行PI調節，然後經SPWM調製，輸出四路PWM信號作為S3、S4、S5和S6的驅動信號。
[0049]所述DSP採用型號為TMS320LF2812的DSP來實現。
[0050]電網電壓採樣信號Ug有兩個作用，一方面通過比較器控制開關管S1和S2的導通與關斷，另一方面作為鎖相環(PLL)的輸入，產生標準正弦波。開關管S3-S6的控制採用電壓電流雙閉環控制方式，光伏電池輸出電壓(也可在光伏電池後面接一個DC/DC變換器)米樣值Ud。與給定值uMf作差後經過PI調節器，PI調節器的輸出與鎖相環產生的標準正弦波相乘得到電流內環的給定值iMf，將得到的電流給定值iMf與併網電流採樣值ig作差後經過PI環節器，PI調節器的輸出與三角形載波比較，產生PWM波控制S3-S6四個開關管的開關狀態。
【權利要求】
1.單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，其特徵在於，它包括工頻開關管S1、工頻開關管S2>聞頻開關管S3、聞頻開關管S4、聞頻開關管S5、聞頻開關管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關管均自帶體二極體； S1和S2構成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網的一端； S3和S4構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網的另一端； S5和S6構成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網的另一端； 三個橋臂均並聯在太陽能電池PV的兩端； 六個開關管的開關時序為: S1和S2分別在電網電壓正半周和負半周互補導通，佔空比均為50%,留有死區時間； 在電網電壓正半周期內=S1始終導通，S2, S3, S5始終關斷，S4導通一S4、S6均關斷一S6導通一S4, S6均關斷，留有死區時間； 在電網電壓負半周期間:S2始終導通，S1, S4, S6始終關斷，S3導通一S3、S5均關斷一S5導通一S3、S5均關斷，留有死區時間。
2.根據權利要求1所述單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，其特徵在於，六個開關管的驅動信號由DSP產生，具體過程為: 步驟一、採樣電網電壓Ug和電網電流ig ;採樣太陽能電池PV的輸出電壓ud。； 步驟二、電網電壓Ug經過比較器後輸出的信號為S1和S2提供驅動信號； 步驟三、電網電壓Ug經過鎖相處理輸出標準正弦波信號sin Θ ； 步驟四、太陽能電池PV電壓採樣值ud。與給定值uMf作差後，進行PI調節，與步驟三獲取的sin Θ相乘,獲取電流內環給定值iMf ; 步驟五、步驟四獲取的電流內環給定值iMf與電網電流ig作差後，進行PI調節，然後經SPWM調製，輸出四路PWM信號作為S3、S4、S5和S6的驅動信號。
3.根據權利要求2所述單相全橋交錯並聯光伏併網逆變器，其特徵在於，所述DSP採用型號為TMS320LF2812的DSP來實現。
【文檔編號】H02M7/5387GK103762880SQ201410035598
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】王衛, 劉桂花, 劉鴻鵬, 曹小嬌, 王盼寶, 姜季宏, 楊玉琳 申請人:哈爾濱工業大學