一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法

2023-09-23 02:56:40

一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法
【專利摘要】一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，屬於電能變換領域。解決了傳統的併網逆變器控制方法中，併網逆變器工作效率低的問題。本發明的拓撲可變型併網逆變器通過增加雙向開關，可以根據需要將級聯型逆變器切換為兩電平逆變器。採集輸入側直流電源電壓和電流的大小，根據最大功率點跟蹤控制算法獲得併網電流幅值的給定值，再通過鎖相環模塊獲得電網的相角，對其求取正弦值後與併網電流幅值相乘後和併網電流的實際值共同輸入到併網電流調節器，獲得所述逆變器的參考調製波，參考調製波和輸入側的直流電源電壓共同輸入到脈寬調製模塊，進而獲得拓撲可變型併網逆變器當前工作模式和各個功率開關的控制信號。本發明主要用於控制拓撲可變型併網逆變器。
【專利說明】—種拓撲可變型併網逆變器的控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於電能變換領域。
【背景技術】
[0002]當今世界的能源緊缺、環境日益惡化等問題已經受到廣泛關注。具有清潔、零汙染特性的光伏發電技術為解決能源問題提供了新的發展方向。由於光伏發電源受到太陽光強的影響，其輸出電壓呈現波動性較大的特點，難以直接應用於併網發電。為解決上述問題，基於DC-DC-AC的兩級式變換結構、單級式的Z源逆變器結構以及多電平功率變換結構均在光伏發電系統中有所應用。但是，由於光伏發電系統輸出功率的波動性較大，併網電流幅值同樣存在較大波動，其總諧波含量亦隨之變化，尤其是在併網電流幅值較小時，總諧波含量上升明顯。因此在實際系統中，與固定功率的併網逆變器的設計思路不同，需要在整個工作範圍內的總諧波含量和功率等級均要滿足要求，因此在實際併網逆變器容量時，需要按照最大功率等級進行選取功率器件，而濾波器的設計又要以最小併網電流幅值時其總諧波含量仍然能夠滿足相關國家標準為依據，造成濾波器尺寸過大。在這樣的系統中，一次投資顯著提高，經濟性變差，造成「節能不節錢」的問題。而且在較小發電功率時，沒有充分利用併網發電系統的容量，而在較大發電功率時，較大的濾波器參數又使得系統的總諧波含量過低，動態響應變差，總損耗增加，難以同時適應在較寬發電範圍內的在效率、成本和併網性能等方面的多重需求。

【發明內容】

[0003]本發明是為了解決傳統的併網逆變器控制方法中，併網逆變器工作效率低的問題，本發明提供了一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法。
[0004]一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，該方法是基於一種拓撲可變型併網逆變器實現，所述的拓撲可變型併網逆變器包括第一直流電源、第二直流電源、第一功率開關、第一二極體、第二功率開關、第二二極體、第三功率開關、第三二極體、第四功率開關、第四二極體、第五功率開關、第五二極體、第六功率開關、第六二極體、第七功率開關、第七二極體、第八功率開關、第八二極體、雙向開關和濾波電感；
[0005]所述的第一直流電源的正極同時與第一功率開關的功率輸入端、第一二極體的陰極、第三功率開關的功率輸入端和第三二極體的陰極連接，
[0006]所述的第一直流電源的負極同時與第四功率開關的功率輸出端、第四二極體的陽極、第二功率開關的功率輸出端、第二二極體的陽極和雙向開關的功率輸入端連接，
[0007]所述的第一功率開關的功率輸出端同時與第一二極體的陽極、第四功率開關的功率輸入端、第四二極體的陰極和濾波電感的一端連接，所述的濾波電感的另一端作為所述拓撲可變型併網逆變器的第一電壓輸出端和電網相連；
[0008]所述的第三功率開關的功率輸出端同時與第三二極體的陽極、第二功率開關的功率輸入端、第二二極體的陰極和第五功率開關的功率輸出端、第五二極體的陽極、第八功率開關的功率輸入端和第八二極體的陰極連接，
[0009]所述的第二直流電源的正極同時與第五功率開關的功率輸入端、第五二極體的陰極、第七功率開關的功率輸入端和第七二極體的陰極連接，
[0010]所述的第二直流電源的負極同時與第八功率開關的功率輸出端、第八二極體的陽極、第六功率開關的功率輸出端、第六二極體的陽極和雙向開關的功率輸出端連接，
[0011]所述的第七功率開關的功率輸出端作為所述拓撲可變型併網逆變器的第二電壓輸出端同時與第七二極體的陽極、第六功率開關的功率輸入端、第六二極體的陰極和電網連接；
[0012]該方法包括如下步驟:
[0013]步驟一、通過直流電壓採集模塊採集第一直流電源的輸出電壓，通過直流電流採集模塊採集第一直流電源的輸出電流，將獲得的第一直流電源的電壓和電流輸入到最大功
率點跟蹤控制模塊，獲得併網電流的幅值給定值/,
[0014]步驟二、通過電網電壓採集模塊採集電網電壓的瞬時值，將電網電壓的瞬時值輸入到鎖相環模塊，獲得電網電壓的相角，將電網電壓的相角輸入到正弦值計算模塊，獲得電網電壓相角的正弦值；
[0015]步驟三、將步驟二獲得的電網電壓相角的正弦值與步驟一獲得的併網電流的幅值給定值輸入到乘法器內相乘，獲得併網電流的瞬時給定值Z
[0016]步驟四、通過電網電流採集模塊採集電網電流的瞬時值，將步驟三獲得的併網電流的瞬時給定值ζ通過減法器減去電網電流的瞬時值，所獲得的差輸入到電流調節器後，獲得逆變器電壓的調製波瞬時值；
[0017]步驟五、將步驟一獲得的第一直流電源的電壓、步驟二獲得的電網電壓的相角和步驟四獲得的逆變器電壓的調製波瞬時值輸入到脈寬調製模塊；
[0018]步驟六、在脈寬調製模塊中，設置直流電壓參考值U'，若步驟一獲得的第一直流電源的電壓小於直流電壓參考值U'時，所述的拓撲可變型併網逆變器工作於級聯型逆變器模式，雙向開關斷開，其餘的功率開關採用載波移相多電平正弦波脈寬調製策略進行控制，否則執行步驟七；
[0019]步驟七、雙向開關閉合，所述的第三功率開關和第五功率開關閉合，所述的第二功率開關和第八功率開關斷開，所述的拓撲可變型併網逆變器切換為兩電平逆變器模式，其餘的功率開關採用雙載波正弦波脈寬調製策略進行控制。
[0020]下面具體分析所述的拓撲可變型併網逆變器的控制過程。
[0021]根據光伏電池等有限功率發電源的工作特性可知，在其輸出電流由零到最大電流的過程中，存在最大輸出功率點，為了儘量提高系統工作效率，應儘量保證兩個直流電源工作在最大功率點，而本發明中所述的拓撲可變型併網逆變器有一種工作狀態是兩電平逆變器模式中兩個直流電源處於並聯狀態，因此兩個直流電源的特性應選為相同，因此本發明中只要保證一個直流電源工作於最大功率點，另一個直流電源也將工作於最大功率點。為了保證直流電源工作於最大功率點，本發明採用現有技術中用於光伏發電系統的最大功率點跟蹤技術，包括爬山法，導納增量法等。
[0022]具體實施過程為，通過直流電壓採集模塊採集第一直流電源的輸出電壓，通過直流電流採集模塊採集第一直流電源的輸出電流，將獲得的第一直流電源的電壓和電流輸入到最大功率點跟蹤控制模塊，獲得併網電流的幅值給定值。
[0023]在實際的併網逆變器中，為了充分利用系統容量，提高系統效率，通常採用單位功率因數方式運行，即併網電流的相位和電網電壓的相位相差180度，因此通過電網電壓採集模塊採集電網電壓的瞬時值，將電網電壓的瞬時值輸入到鎖相環模塊，獲得電網電壓的相角。
[0024]其中鎖相環模塊中使用現有技術的鎖相環技術即可，一種方案是，利用相移濾波器將所採集的電網電壓e (t)移相90度，獲得移相後的電網電壓波形e9(l (t)，則電網電壓的相角Θ等於
【權利要求】
1.一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，該方法是基於一種拓撲可變型併網逆變器實現，所述的拓撲可變型併網逆變器包括第一直流電源(udc;1)、第二直流電源(udc;2)、第一功率開關(Sn)、第一二極體(Dn)、第二功率開關(S12)、第二二極體(D12)、第三功率開關(S13)、第三二極體(D13)、第四功率開關(S14)、第四二極體(D14)、第五功率開關(s21)、第五二極體(D21)、第六功率開關(S22)、第六二極體(D22)、第七功率開關(S23)、第七二極體(D23)、第八功率開關(s24)、第八二極體(D24)、雙向開關(S3)和濾波電感(L)； 所述的第一直流電源(Udca)的正極同時與第一功率開關(S11)的功率輸入端、第一二極體(D11)的陰極、第三功率開關(S13)的功率輸入端和第三二極體(D13)的陰極連接， 所述的第一直流電源(Udca)的負極同時與第四功率開關(S14)的功率輸出端、第四二極體(D14)的陽極、第二功率開關(S12)的功率輸出端、第二二極體(D12)的陽極和雙向開關(S3)的功率輸入端連接， 所述的第一功率開關(S11)的功率輸出端同時與第一二極體(D11)的陽極、第四功率開關(S14)的功率輸入端、第四二極體(D14)的陰極和濾波電感(L)的一端連接，所述的濾波電感(L)的另一端作為所述拓撲可變型併網逆變器的第一電壓輸出端和電網相連； 所述的第三功率開關(S13)的功率輸出端同時與第三二極體(D13)的陽極、第二功率開關(S12)的功率輸入端、第二二極體(D12)的陰極和第五功率開關(S21)的功率輸出端、第五二極體(D21)的陽極、第八功率開關(S24)的功率輸入端和第八二極體(D24)的陰極連接， 所述的第二直流電源(Ude2)的正極同時與第五功率開關(S21)的功率輸入端、第五二極體(D21)的陰極、第七功 率開關(S23)的功率輸入端和第七二極體(D23)的陰極連接， 所述的第二直流電源(Utk2)的負極同時與第八功率開關(S24)的功率輸出端、第八二極體(D24)的陽極、第六功率開關(S22)的功率輸出端、第六二極體(D22)的陽極和雙向開關(S3)的功率輸出端連接， 所述的第七功率開關(S23)的功率輸出端作為所述拓撲可變型併網逆變器的第二電壓輸出端同時與第七二極體(D23)的陽極、第六功率開關(S22)的功率輸入端、第六二極體(D22)的陰極和電網連接； 其特徵在於，該方法包括如下步驟: 步驟一、通過直流電壓採集模塊(I)採集第一直流電源(Udcl)的輸出電壓，通過直流電流採集模塊(2)採集第一直流電源(Udca)的輸出電流，將獲得的第一直流電源(Udcl)的電壓和電流輸入到最大功率點跟蹤控制模塊(3)，獲得併網電流的幅值給定值O 步驟二、通過電網電壓採集模塊(4)採集電網電壓的瞬時值，將電網電壓的瞬時值輸入到鎖相環模塊(5)，獲得電網電壓的相角，將電網電壓的相角輸入到正弦值計算模塊(6)，獲得電網電壓相角的正弦值； 步驟三、將步驟二獲得的電網電壓相角的正弦值與步驟一獲得的併網電流的幅值給定值輸入到乘法器(7)內相乘，獲得併網電流的瞬時給定值(6-, 步驟四、通過電網電流採集模塊(8)採集電網電流的瞬時值，將步驟三獲得的併網電流的瞬時給定值ζ:通過減法器(9)減去電網電流的瞬時值，所獲得的差輸入到電流調節器(10)後，獲得逆變器電壓的調製波瞬時值；步驟五、將步驟一獲得的第一直流電源(Udca)的電壓、步驟二獲得的電網電壓的相角和步驟四獲得的逆變器電壓的調製波瞬時值輸入到脈寬調製模塊(11); 步驟六、在脈寬調製模塊(11)中，設置直流電壓參考值U'，若步驟一獲得的第一直流電源(Udcl)的電壓小於直流電壓參考值U'時，所述的拓撲可變型併網逆變器工作於級聯型逆變器模式，雙向開關(S3)斷開，其餘的功率開關採用載波移相多電平正弦波脈寬調製策略進行控制，否則執行步驟七； 步驟七、雙向開關(S3)閉合，所述的第三功率開關(S13)和第五功率開關(S21)閉合，所述的第二功率開關(S12)和第八功率開關(S24)斷開，所述的拓撲可變型併網逆變器切換為兩電平逆變器模式，其餘的功率開關採用雙載波正弦波脈寬調製策略進行控制。
2.根據權利要求1所述的一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，其特徵在於，所述的步驟四中的電流調節器(10)為比例-積分調節器。
3.根據權利要求1或2所述的一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，其特徵在於，所述的步驟六中拓撲可變型併網逆變器工作於級聯型逆變器模式，其餘的功率開關採用載波移相多電平正弦波脈寬調製策略進行控制的具體過程為，根據步驟四中獲得的逆變器電壓的調製波瞬時值和四個具有一定相位差的三角載波進行比較，獲得的比較結果作為其餘的功率開關的控制信號，所述的四個具有一定相位差的三角載波為四個相互相差90度電角度的三角載波。
4.根據權利要求3所述的一種拓撲可變型併網逆變器的控制方法，其特徵在於，所述的步驟七中拓撲可變型併網逆變器切換為兩電平逆變器模式，其餘的功率開關採用雙載波正弦波脈寬調製策略進行控制的具體過程為，根據步驟四中獲得的逆變器電壓的調製波瞬時值和兩個相位相差180度的三角載波進行比較，獲得的比較結果作為其餘的功率開關的控制信號。`
【文檔編號】H02M7/48GK103532417SQ201310530520
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】駱素華, 吳鳳江, 駱林松, 馮帆, 張陸捷 申請人:哈爾濱工業大學