一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法
【專利摘要】一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域。解決了傳統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器控制方法中，并網(wǎng)逆變器工作效率低的問題。本發(fā)明的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器通過增加雙向開關(guān)，可以根據(jù)需要將級聯(lián)型逆變器切換為兩電平逆變器。采集輸入側(cè)直流電源電壓和電流的大小，根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法獲得并網(wǎng)電流幅值的給定值，再通過鎖相環(huán)模塊獲得電網(wǎng)的相角，對其求取正弦值后與并網(wǎng)電流幅值相乘后和并網(wǎng)電流的實(shí)際值共同輸入到并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器，獲得所述逆變器的參考調(diào)制波，參考調(diào)制波和輸入側(cè)的直流電源電壓共同輸入到脈寬調(diào)制模塊，進(jìn)而獲得拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器當(dāng)前工作模式和各個(gè)功率開關(guān)的控制信號。本發(fā)明主要用于控制拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器。
【專利說明】—種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界的能源緊缺、環(huán)境日益惡化等問題已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。具有清潔、零污染特性的光伏發(fā)電技術(shù)為解決能源問題提供了新的發(fā)展方向。由于光伏發(fā)電源受到太陽光強(qiáng)的影響，其輸出電壓呈現(xiàn)波動(dòng)性較大的特點(diǎn)，難以直接應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電。為解決上述問題，基于DC-DC-AC的兩級式變換結(jié)構(gòu)、單級式的Z源逆變器結(jié)構(gòu)以及多電平功率變換結(jié)構(gòu)均在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有所應(yīng)用。但是，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的波動(dòng)性較大，并網(wǎng)電流幅值同樣存在較大波動(dòng)，其總諧波含量亦隨之變化，尤其是在并網(wǎng)電流幅值較小時(shí)，總諧波含量上升明顯。因此在實(shí)際系統(tǒng)中，與固定功率的并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)思路不同，需要在整個(gè)工作范圍內(nèi)的總諧波含量和功率等級均要滿足要求，因此在實(shí)際并網(wǎng)逆變器容量時(shí)，需要按照最大功率等級進(jìn)行選取功率器件，而濾波器的設(shè)計(jì)又要以最小并網(wǎng)電流幅值時(shí)其總諧波含量仍然能夠滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，造成濾波器尺寸過大。在這樣的系統(tǒng)中，一次投資顯著提高，經(jīng)濟(jì)性變差，造成“節(jié)能不節(jié)錢”的問題。而且在較小發(fā)電功率時(shí)，沒有充分利用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的容量，而在較大發(fā)電功率時(shí)，較大的濾波器參數(shù)又使得系統(tǒng)的總諧波含量過低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，總損耗增加，難以同時(shí)適應(yīng)在較寬發(fā)電范圍內(nèi)的在效率、成本和并網(wǎng)性能等方面的多重需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器控制方法中，并網(wǎng)逆變器工作效率低的問題，本發(fā)明提供了一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法。
[0004]一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，該方法是基于一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器包括第一直流電源、第二直流電源、第一功率開關(guān)、第一二極管、第二功率開關(guān)、第二二極管、第三功率開關(guān)、第三二極管、第四功率開關(guān)、第四二極管、第五功率開關(guān)、第五二極管、第六功率開關(guān)、第六二極管、第七功率開關(guān)、第七二極管、第八功率開關(guān)、第八二極管、雙向開關(guān)和濾波電感；
[0005]所述的第一直流電源的正極同時(shí)與第一功率開關(guān)的功率輸入端、第一二極管的陰極、第三功率開關(guān)的功率輸入端和第三二極管的陰極連接，
[0006]所述的第一直流電源的負(fù)極同時(shí)與第四功率開關(guān)的功率輸出端、第四二極管的陽極、第二功率開關(guān)的功率輸出端、第二二極管的陽極和雙向開關(guān)的功率輸入端連接，
[0007]所述的第一功率開關(guān)的功率輸出端同時(shí)與第一二極管的陽極、第四功率開關(guān)的功率輸入端、第四二極管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?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的第一電壓輸出端和電網(wǎng)相連；
[0008]所述的第三功率開關(guān)的功率輸出端同時(shí)與第三二極管的陽極、第二功率開關(guān)的功率輸入端、第二二極管的陰極和第五功率開關(guān)的功率輸出端、第五二極管的陽極、第八功率開關(guān)的功率輸入端和第八二極管的陰極連接，
[0009]所述的第二直流電源的正極同時(shí)與第五功率開關(guān)的功率輸入端、第五二極管的陰極、第七功率開關(guān)的功率輸入端和第七二極管的陰極連接，
[0010]所述的第二直流電源的負(fù)極同時(shí)與第八功率開關(guān)的功率輸出端、第八二極管的陽極、第六功率開關(guān)的功率輸出端、第六二極管的陽極和雙向開關(guān)的功率輸出端連接，
[0011]所述的第七功率開關(guān)的功率輸出端作為所述拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的第二電壓輸出端同時(shí)與第七二極管的陽極、第六功率開關(guān)的功率輸入端、第六二極管的陰極和電網(wǎng)連接；
[0012]該方法包括如下步驟:
[0013]步驟一、通過直流電壓采集模塊采集第一直流電源的輸出電壓，通過直流電流采集模塊采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(diǎn)跟蹤控制模塊，獲得并網(wǎng)電流的幅值給定值/,
[0014]步驟二、通過電網(wǎng)電壓采集模塊采集電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值，將電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值輸入到鎖相環(huán)模塊，獲得電網(wǎng)電壓的相角，將電網(wǎng)電壓的相角輸入到正弦值計(jì)算模塊，獲得電網(wǎng)電壓相角的正弦值；
[0015]步驟三、將步驟二獲得的電網(wǎng)電壓相角的正弦值與步驟一獲得的并網(wǎng)電流的幅值給定值輸入到乘法器內(nèi)相乘，獲得并網(wǎng)電流的瞬時(shí)給定值Z
[0016]步驟四、通過電網(wǎng)電流采集模塊采集電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，將步驟三獲得的并網(wǎng)電流的瞬時(shí)給定值ζ通過減法器減去電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，所獲得的差輸入到電流調(diào)節(jié)器后，獲得逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)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(wǎng)電壓的相角和步驟四獲得的逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)值輸入到脈寬調(diào)制模塊；
[0018]步驟六、在脈寬調(diào)制模塊中，設(shè)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于直流電壓參考值U'時(shí)，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器工作于級聯(lián)型逆變器模式，雙向開關(guān)斷開，其余的功率開關(guān)采用載波移相多電平正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制，否則執(zhí)行步驟七；
[0019]步驟七、雙向開關(guān)閉合，所述的第三功率開關(guān)和第五功率開關(guān)閉合，所述的第二功率開關(guān)和第八功率開關(guān)斷開，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器切換為兩電平逆變器模式，其余的功率開關(guān)采用雙載波正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制。
[0020]下面具體分析所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制過程。
[0021]根據(jù)光伏電池等有限功率發(fā)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(diǎn)，為了盡量提高系統(tǒng)工作效率，應(yīng)盡量保證兩個(gè)直流電源工作在最大功率點(diǎn)，而本發(fā)明中所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器有一種工作狀態(tài)是兩電平逆變器模式中兩個(gè)直流電源處于并聯(lián)狀態(tài)，因此兩個(gè)直流電源的特性應(yīng)選為相同，因此本發(fā)明中只要保證一個(gè)直流電源工作于最大功率點(diǎn)，另一個(gè)直流電源也將工作于最大功率點(diǎn)。為了保證直流電源工作于最大功率點(diǎn)，本發(fā)明采用現(xiàn)有技術(shù)中用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，包括爬山法，導(dǎo)納增量法等。
[0022]具體實(shí)施過程為，通過直流電壓采集模塊采集第一直流電源的輸出電壓，通過直流電流采集模塊采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(diǎn)跟蹤控制模塊，獲得并網(wǎng)電流的幅值給定值。
[0023]在實(shí)際的并網(wǎng)逆變器中，為了充分利用系統(tǒng)容量，提高系統(tǒng)效率，通常采用單位功率因數(shù)方式運(yùn)行，即并網(wǎng)電流的相位和電網(wǎng)電壓的相位相差180度，因此通過電網(wǎng)電壓采集模塊采集電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值，將電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值輸入到鎖相環(huán)模塊，獲得電網(wǎng)電壓的相角。
[0024]其中鎖相環(huán)模塊中使用現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)技術(shù)即可，一種方案是，利用相移濾波器將所采集的電網(wǎng)電壓e (t)移相90度，獲得移相后的電網(wǎng)電壓波形e9(l (t)，則電網(wǎng)電壓的相角Θ等于
【權(quán)利要求】
1.一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，該方法是基于一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)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(guān)(Sn)、第一二極管(Dn)、第二功率開關(guān)(S12)、第二二極管(D12)、第三功率開關(guān)(S13)、第三二極管(D13)、第四功率開關(guān)(S14)、第四二極管(D14)、第五功率開關(guān)(s21)、第五二極管(D21)、第六功率開關(guān)(S22)、第六二極管(D22)、第七功率開關(guān)(S23)、第七二極管(D23)、第八功率開關(guān)(s24)、第八二極管(D24)、雙向開關(guān)(S3)和濾波電感(L)； 所述的第一直流電源(Udca)的正極同時(shí)與第一功率開關(guān)(S11)的功率輸入端、第一二極管(D11)的陰極、第三功率開關(guān)(S13)的功率輸入端和第三二極管(D13)的陰極連接， 所述的第一直流電源(Udca)的負(fù)極同時(shí)與第四功率開關(guān)(S14)的功率輸出端、第四二極管(D14)的陽極、第二功率開關(guān)(S12)的功率輸出端、第二二極管(D12)的陽極和雙向開關(guān)(S3)的功率輸入端連接， 所述的第一功率開關(guān)(S11)的功率輸出端同時(shí)與第一二極管(D11)的陽極、第四功率開關(guān)(S14)的功率輸入端、第四二極管(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?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的第一電壓輸出端和電網(wǎng)相連； 所述的第三功率開關(guān)(S13)的功率輸出端同時(shí)與第三二極管(D13)的陽極、第二功率開關(guān)(S12)的功率輸入端、第二二極管(D12)的陰極和第五功率開關(guān)(S21)的功率輸出端、第五二極管(D21)的陽極、第八功率開關(guān)(S24)的功率輸入端和第八二極管(D24)的陰極連接， 所述的第二直流電源(Ude2)的正極同時(shí)與第五功率開關(guān)(S21)的功率輸入端、第五二極管(D21)的陰極、第七功 率開關(guān)(S23)的功率輸入端和第七二極管(D23)的陰極連接， 所述的第二直流電源(Utk2)的負(fù)極同時(shí)與第八功率開關(guān)(S24)的功率輸出端、第八二極管(D24)的陽極、第六功率開關(guān)(S22)的功率輸出端、第六二極管(D22)的陽極和雙向開關(guān)(S3)的功率輸出端連接， 所述的第七功率開關(guān)(S23)的功率輸出端作為所述拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的第二電壓輸出端同時(shí)與第七二極管(D23)的陽極、第六功率開關(guān)(S22)的功率輸入端、第六二極管(D22)的陰極和電網(wǎng)連接； 其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一、通過直流電壓采集模塊(I)采集第一直流電源(Udcl)的輸出電壓，通過直流電流采集模塊(2)采集第一直流電源(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(diǎn)跟蹤控制模塊(3)，獲得并網(wǎng)電流的幅值給定值O 步驟二、通過電網(wǎng)電壓采集模塊(4)采集電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值，將電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值輸入到鎖相環(huán)模塊(5)，獲得電網(wǎng)電壓的相角，將電網(wǎng)電壓的相角輸入到正弦值計(jì)算模塊(6)，獲得電網(wǎng)電壓相角的正弦值； 步驟三、將步驟二獲得的電網(wǎng)電壓相角的正弦值與步驟一獲得的并網(wǎng)電流的幅值給定值輸入到乘法器(7)內(nèi)相乘，獲得并網(wǎng)電流的瞬時(shí)給定值(6-, 步驟四、通過電網(wǎng)電流采集模塊(8)采集電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，將步驟三獲得的并網(wǎng)電流的瞬時(shí)給定值ζ:通過減法器(9)減去電網(wǎng)電流的瞬時(shí)值，所獲得的差輸入到電流調(diào)節(jié)器(10)后，獲得逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)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(wǎng)電壓的相角和步驟四獲得的逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)值輸入到脈寬調(diào)制模塊(11); 步驟六、在脈寬調(diào)制模塊(11)中，設(shè)置直流電壓參考值U'，若步驟一獲得的第一直流電源(Udcl)的電壓小于直流電壓參考值U'時(shí)，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器工作于級聯(lián)型逆變器模式，雙向開關(guān)(S3)斷開，其余的功率開關(guān)采用載波移相多電平正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制，否則執(zhí)行步驟七； 步驟七、雙向開關(guān)(S3)閉合，所述的第三功率開關(guān)(S13)和第五功率開關(guān)(S21)閉合，所述的第二功率開關(guān)(S12)和第八功率開關(guān)(S24)斷開，所述的拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器切換為兩電平逆變器模式，其余的功率開關(guān)采用雙載波正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述的步驟四中的電流調(diào)節(jié)器(10)為比例-積分調(diào)節(jié)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述的步驟六中拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器工作于級聯(lián)型逆變器模式，其余的功率開關(guān)采用載波移相多電平正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制的具體過程為，根據(jù)步驟四中獲得的逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)值和四個(gè)具有一定相位差的三角載波進(jìn)行比較，獲得的比較結(jié)果作為其余的功率開關(guān)的控制信號，所述的四個(gè)具有一定相位差的三角載波為四個(gè)相互相差90度電角度的三角載波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述的步驟七中拓?fù)淇勺冃筒⒕W(wǎng)逆變器切換為兩電平逆變器模式，其余的功率開關(guān)采用雙載波正弦波脈寬調(diào)制策略進(jìn)行控制的具體過程為，根據(jù)步驟四中獲得的逆變器電壓的調(diào)制波瞬時(shí)值和兩個(gè)相位相差180度的三角載波進(jìn)行比較，獲得的比較結(jié)果作為其余的功率開關(guān)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(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】駱?biāo)厝A, 吳鳳江, 駱林松, 馮帆, 張陸捷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)