一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法與流程
2023-11-05 15:56:03 3
本發明涉及光伏逆變器領域，尤其涉及的是一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法。
背景技術：
目前，儲能逆變器一般和電網相連，併網發電或者從電網吸收能量進行儲能充電，要求極高的pf值和極小的電流諧波，以減少逆變器對電網的汙染；但現在逆變器一般的電流諧波失真<5％(偏高)，且現有與電網連接的逆變器結構及其控制方法，還是比較複雜，效率較低。
因此，現有技術還有待於改進和發展。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，旨在解決現有與電網連接的逆變器控制方法比較複雜，效率較低，控制不夠簡潔，以及電流諧波失真不夠低的技術問題。
本發明的技術方案如下：一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，該控制器包括6個ibgt，分別為q1、q2、q3、q4、q5和q6，所述q1、q3、和q5串聯連接，所述q2、q和q6串聯連接；所述q1、q3、q5串聯後與串聯後q2、q4、q6並聯連接；所述q1和q3互補工作，q2和q4互補工作，q6與q1共驅動，q5與q2共驅動；通過電感l1和l2與市電連接；
該逆變器的控制模型分析如下：
1、光伏逆變器連接的市電中電感l1/l2中的電流變化為：
其中vline為市電電壓；
2、設計vac的值為市電電壓前饋值加上電感電流的比例積分控制值；
3、將方程(2)代入方程(1)後得到方程式：
這樣便實現了電流的比例積分控制，合理選擇比例積分參數，使電感電流跟隨參考電流；
其中，參考的正弦電流iref(t)，其幅值由設置的功率pset和市電電壓有效值vrms確定。當設置功率為正，進行併網發電，電感電流與市電電壓方向相同。當設置功率為負，進行儲能充電，電感電流與市電電壓方向相反，
計算公式為：
具體佔空比為：根據vac的值，確定q1、q2的佔空比，以獲得期望的電感電流；具體如下：
vac大於零(正半周)，q1佔空比d1設計為(此時q2斷開，d2＝0)：
vac小於零(負半周)，q2的佔空比d2設計為(此時q1斷開，d1＝0)：
其中，vbus為逆變器輸入直流電壓。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，還包括控制晶片(dsp)自動插入死區，以避免q1/q3、q2/q4兩管出現共通。死區插入原理如圖2所示。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，所述控制模型1中電感l1/l2中的電流波形為正弦，其相位與市電電壓相同或完全相反。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，所述控制模型1中l為l1/l2的感值，兩者相等。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，所述控制模型3中，在併網發電時，參考電流與市電電壓同相位，逆變器對電網釋放能量；在儲能充電時，參考電流與市電電壓反相，逆變器從電網吸收能量。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，在併網發電時，以正半周為例：q1、q6導通，電感電流增大；q1、q6關閉，電感電流減小，為了消除死區對電流增大的影響，需要增大q1的驅動。同理，在負半周，要增加q2的驅動。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，在併網發電時：
當vac大於零，
當vac小於零，
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其中，在儲能充電時，以正半周為例：q3，q4導通時，電感電流增加；q1、q6導通，電感電流減小，為了消除死區對電流增大的影響，需要減小q1的驅動。同理，在負半周，要減小q2的驅動。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，在儲能充電時：
當vac大於零，
當vac小於零，
這樣可消除dsp自動插入死區對電流的影響，既避免q1/q3、q2/q4兩管出現共通，又能達到降低電流諧波失真、提高pf值的目的。
有益效果：本發明通過併網發電和儲能工作時，市電電壓正半周，q1/q3進行pwm調製，q2斷開，q4長通；在市電電壓負半周，q2/q4進行pwm調製，q1斷開，q3長通。無論是併網發電，還是給蓄電池充電，市電中電感l1/l2中的電流波形為正弦，其相位與市電電壓相同或完全相反，以達到高輸入功率因數(pf)值，降低電流諧波失真(thdi)的目的；同時通過根據市電過零和市電周期計算一個參考的正弦電流iref(t)和設計vac的值為市電電壓前饋值加上電感電流的比例積分控制值，實現了電感電流的比例積分控制，通過合理選擇比例積分參數，使電感電流跟隨參考電流；並且無論充電和放電，共用一個控制器參數；只是併網發電時，參考電流與市電電壓同相位，逆變器對電網釋放能量；儲能充電時，參考電流與市電電壓反相，逆變器從電網吸收能量；實現了可以用同一種算法實現併網發電及儲能充電，控制過程十分簡潔。
附圖說明
圖1是本發明中光伏逆變器的電路圖。
圖2是本發明中死區補償示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。
如圖1所示，本發明公開了一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器，該控制器包括6個ibgt，分別為q1、q2、q3、q4、q5和q6，所述q1、q3、和q5串聯連接，所述q2、q4和q6串聯連接；所述q1、q3、q5串聯後與串聯後q2、q4、q6並聯連接；所述q1和q3互補工作，q2和q4互補工作，q6與q1共驅動，q5與q2共驅動；所述光伏逆變器通過電感l1和l2與市電連接。
因此，在併網發電和儲能工作時，市電電壓正半周，q1/q3進行pwm調製，q2斷開，q4長通。市電電壓負半周，q2/q4進行pwm調製，q1斷開，q3長通。
無論是併網發電，還是給蓄電池充電，希望電感l1/l2中的電流波形為正弦，其相位與市電電壓相同或完全相反，以達到高輸入功率因數(pf)值，低電流諧波失真(thdi)的目的。
如圖2所示，本發明公開了一種帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，其包括以下步驟：
步驟一，根據市電過零和市電周期計算一個參考的正弦電流iref(t)，其幅值由設置的功率pset和市電電壓有效值vrms確定，計算公式為：
步驟二，通過實時採樣市電電壓和電感電流的值，設計vac的值為市電電壓前饋值加上電感電流的比例積分控制值；
步驟三，合理選擇比例積分參數(即佔空比d1和d2)，使電感電流跟隨參考電流；
通過上述的步驟，本發明可實現電感電流的比例積分控制，使電感電流跟隨參考電流；所以市電電壓的前饋控制方法簡單，可以用同一種算法實現併網發電及儲能充電，控制過程十分簡潔。
進一步說，本發明還包括控制晶片(dsp)自動插入死區，以避免q1/q3、q2/q4兩管出現共通；針對逆變器是併網充電還是儲能發電工作方式的不同，合理選擇死區時間的補償，可以極大地改善電流諧波失真，提高逆變器的工作性能。死區插入原理如圖2所示；具體來說：
在併網發電時，選擇死區時間滿足以下關係式：
當vac大於零，
當vac小於零，
在儲能充電時，選擇死區時間滿足以下關係式：
當vac大於零，
當vac小於零，
進一步說，本發明中電感l1/l2中的電流波形為正弦，其相位與市電電壓相同或完全相反。
進一步說，本發明中l為l1/l2的感值，兩者相等。
進一步說，本發明中電流電感的比例積分參數由方程式(2)代入方程式(1)後得到方程式：
進一步說，在併網發電時，參考電流與市電電壓同相位，逆變器對電網釋放能量；在儲能充電時，參考電流與市電電壓反相，逆變器從電網吸收能量。
進一步說，在併網發電時，以正半周為例：q1、q6導通，電感電流增大，q1、q6關閉，電感電流減小，增大q1的驅動。
如圖2所示，在市電電壓過零處，驅動比較小，死區會使電流增大不足。
併網發電時，以正半周為例：q1、q6導通，電感電流增大，q1、q6關閉，電感電流下降。red會吞噬q1的有效驅動，使得在電壓過零處電流上升不足，由於是積分控制，在若干個周期之後，電流又會出現超調，使電感電流諧波失真急劇增大。因此在併網發電時，需要增大q1的驅動。
儲能充電時，以正半周為例，q3導通時電感電流增大，q3關閉，電感通過q1、q4、q6續流，電流下降。fed的存在會使q3有效驅動降低，電流增大時間減少，下降時間增加，實際電流很難在過零處跟隨參考電流。因此在儲能充電時，需要增大q3的驅動，即減少q1的驅動。
上述的red：risingedgedelay(前沿延遲)；fed：fallingedgedelay(下降沿延遲)。
進一步說，在儲能充電時，增大q3的驅動，減少q1的驅動。
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，在併網發電，當vac大於零，當vac小於零，
所述的帶死區補償的單相儲能光伏逆變器控制方法，在儲能充電，當vac大於零，當vac小於零，
這樣針對逆變器是併網充電還是儲能發電工作方式的不同，合理選擇死區時間的補償，可以極大地改善電流諧波失真，提高逆變器的工作性能；通過獨立的死區補償，極大地改善了電流諧波，使之小於3％。
本發明通過併網發電和儲能工作時，市電電壓正半周，q1/q3進行pwm調製，q2斷開，q4長通；在市電電壓負半周，q2/q4進行pwm調製，q1斷開，q3長通。無論是併網發電，還是給蓄電池充電，市電中電感l1/l2中的電流波形為正弦，其相位與市電電壓相同或完全相反，以達到高輸入功率因數(pf)值，降低電流諧波失真(thdi)的目的；同時通過根據市電過零和市電周期計算一個參考的正弦電流iref(t)和設計vac的值為市電電壓前饋值加上電感電流的比例積分控制值；實現了電感電流的比例積分控制，通過合理選擇比例積分參數，使電感電流跟隨參考電流；並且無論充電和放電，共用一個控制器參數；只是併網發電時，參考電流與市電電壓同相位，逆變器對電網釋放能量；儲能充電時，參考電流與市電電壓反相，逆變器從電網吸收能量；實現了可以用同一種算法實現併網發電及儲能充電，控制過程十分簡潔。另外，本發明通過市電電壓前饋和死區補償，極大地減少了電流諧波失真，通過獨立的死區補償，極大地改善了電流諧波，使之小於3％。
應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。