單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專利摘要】單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，屬于光伏逆變【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明為解決并網(wǎng)逆變器交流側(cè)采用串聯(lián)大電感來實現(xiàn)濾波，存在動態(tài)響應(yīng)慢的問題。本發(fā)明方案：S1和S2構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網(wǎng)的一端；S3和S4構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網(wǎng)的另一端；S5和S6構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網(wǎng)的另一端；三個橋臂均并聯(lián)在太陽能電池PV的兩端；六個開關(guān)管的開關(guān)時序為：在電網(wǎng)電壓正半周期間，S1導(dǎo)通，S3和S5均關(guān)斷，S4和S6互補導(dǎo)通，留有死區(qū)時間；在電網(wǎng)電壓負半周期間，S2導(dǎo)通，S4和S6都關(guān)斷，S3和S5互補導(dǎo)通，留有死區(qū)時間。
【專利說明】單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，屬于光伏逆變【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]并網(wǎng)逆變器作為光伏電池與電網(wǎng)間能量交換的核心，是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性、可靠性以及能否實現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換，是光伏發(fā)電系統(tǒng)亟需解決的關(guān)鍵問題之一。
[0003]并網(wǎng)逆變器流入電網(wǎng)電流的紋波大小直接影響并網(wǎng)電能質(zhì)量，紋波越小，諧波污染越輕，輸送到電網(wǎng)的電能質(zhì)量越高；反之，諧波污染越大，輸送給電網(wǎng)的電能質(zhì)量越差。而且較大的并網(wǎng)電流紋波也會增加開關(guān)管和續(xù)流二極管的損耗。因此，在設(shè)計光伏并網(wǎng)逆變器時應(yīng)該盡量減小并網(wǎng)電流紋波，將其控制在一定的范圍之內(nèi)，也有利于減小EMI濾波器的體積和重量。在傳統(tǒng)單相光伏并網(wǎng)逆變器中，大多采用四個高頻開關(guān)管構(gòu)成的單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)，交流側(cè)的電流紋波比較明顯，為了減小紋波，往往通過在交流側(cè)串聯(lián)一個大電感來實現(xiàn)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(wǎng)的電流ig的相位、頻率能夠迅速的跟蹤電網(wǎng)電壓ug，必須使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)足夠快，即電流跟蹤速度必須要大于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(yīng)的濾波裝置的體積、重量及成本也就越大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明目的是為了解決并網(wǎng)逆變器交流側(cè)采用串聯(lián)大電感來實現(xiàn)濾波、減小紋波，存在動態(tài)響應(yīng)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并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器。
[0007]本發(fā)明所述單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，它包括工頻開關(guān)管S1、工頻開關(guān)管S2、聞頻開關(guān)管S3、聞頻開關(guān)管S4、聞頻開關(guān)管S5、聞頻開關(guān)管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關(guān)管均自帶體二極管；
[0008]S1和S2構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網(wǎng)的一端；
[0009]S3和S4構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網(wǎng)的另一端；
[0010]S5和S6構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網(wǎng)的另一端；
[0011]三個橋臂均并聯(lián)在太陽能電池PV的兩端；
[0012]六個開關(guān)管的開關(guān)時序為:
[0013]S1和S2分別在電網(wǎng)電壓正半周和負半周互補導(dǎo)通，占空比均為50%，留有死區(qū)時間；
[0014]在電網(wǎng)電壓正半周期內(nèi)=S1始終導(dǎo)通，S2, S3, S5始終關(guān)斷，S4導(dǎo)通一S4、S6均關(guān)斷—S6導(dǎo)通一S4, S6均關(guān)斷，留有死區(qū)時間；
[0015]在電網(wǎng)電壓負半周期間:S2始終導(dǎo)通，S1, S4, S6始終關(guān)斷，S3導(dǎo)通一s3、s5均關(guān)斷—S5導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷，留有死區(qū)時間。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明提出單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器這一電路拓撲結(jié)構(gòu)，其交流側(cè)在原有電感的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個電感，同時增加了兩個開關(guān)管SpS2，形成六開關(guān)管控制的單相全橋逆變主電路結(jié)構(gòu)，通過合理控制開關(guān)管的通斷，使兩個濾波電感電流的變化趨勢相反，從而減小并網(wǎng)電流紋波，提高電能質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是【背景技術(shù)】中涉及的采用四個高頻開關(guān)管逆變電路結(jié)構(gòu)的并網(wǎng)逆變器拓撲圖；
[0018]圖2是本發(fā)明所述單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲圖；
[0019]圖3是六個開關(guān)管在對應(yīng)電網(wǎng)電壓正負半周的時序圖；
[0020]圖4是四個高頻開關(guān)管時序、兩個電感電流及電網(wǎng)電流的對應(yīng)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(jié)合圖2-4說明本實施方式，本實施方式所述單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，它包括工頻開關(guān)管S1、工頻開關(guān)管S2、高頻開關(guān)管S3、高頻開關(guān)管S4>聞頻開關(guān)管S5、聞頻開關(guān)管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關(guān)管均自帶體二極管；
[0023]S1和S2構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網(wǎng)的一端；
[0024]S3和S4構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網(wǎng)的另一端；
[0025]S5和S6構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網(wǎng)的另一端；
[0026]三個橋臂均并聯(lián)在太陽能電池PV的兩端；
[0027]六個開關(guān)管的開關(guān)時序為:
[0028]S1和S2分別在電網(wǎng)電壓正半周和負半周互補導(dǎo)通，占空比均為50%，留有死區(qū)時間；
[0029]在電網(wǎng)電壓正半周期內(nèi)=S1始終導(dǎo)通，S2, S3, S5始終關(guān)斷，S4導(dǎo)通一S4, S6均關(guān)斷—S6導(dǎo)通一S4, S6均關(guān)斷，留有死區(qū)時間；
[0030]在電網(wǎng)電壓負半周期間:S2始終導(dǎo)通，S1, S4, S6始終關(guān)斷，S3導(dǎo)通一S3> S5均關(guān)斷—S5導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷，留有死區(qū)時間。
[0031]S1、S2為工頻開關(guān)管，分別在電網(wǎng)正半周期和負半周期工作，可以實現(xiàn)太陽能電池與電網(wǎng)的解耦控制，S4、S6 (S3、S5)為高頻開關(guān)管，在電網(wǎng)正(負)半周期內(nèi)交錯導(dǎo)通，使電感LpL2中的電流上升和下降趨勢相反，總的并網(wǎng)電流ig中的紋波幅值減小，從而降低了對電網(wǎng)的諧波污染。
[0032]在電網(wǎng)電壓正半周時，重復(fù)執(zhí)行工作模態(tài)I和工作模態(tài)2，工作模態(tài)I和工作模態(tài)2互相切換時設(shè)置死區(qū)時間；
[0033]在電網(wǎng)電壓負半周時，重復(fù)執(zhí)行工作模態(tài)3和工作模態(tài)4，工作模態(tài)3和工作模態(tài)4互相切換時設(shè)置死區(qū) 時間；
[0034]工作模態(tài)I =S1恒導(dǎo)通，S2、S3、S5恒關(guān)斷，此時S4導(dǎo)通，S6關(guān)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(wǎng)一L1 一S4一PV-;與此同時，電感L2釋放能量，流經(jīng)電感L2的電流減小，其閉合續(xù)流路徑為:電網(wǎng)一L2 —S5體二極管一S1 ；
[0035]工作模態(tài)2 =S1, S2, S3> S5開關(guān)狀態(tài)同工作模式I，此時開關(guān)管S6導(dǎo)通，S4關(guān)斷，L2的電流增大，電感L2儲存能量，傳輸路徑為:PV+— S1-電網(wǎng)一L2—S6-PV-;與此同時，L1釋放能量，L1的電流減小，其閉合續(xù)流路徑為:電網(wǎng)一L1 一S3體二極管一Sp
[0036]這樣，在開關(guān)管S1導(dǎo)通期間，通過S4和S6的交錯導(dǎo)通，使得電感L1和L2中的電流總是一個上升一個下降，因此，總的并網(wǎng)電流ig的紋波降低。
[0037]工作模態(tài)3:開關(guān)管S2恒導(dǎo)通，S1, S4, S6恒關(guān)斷，S3導(dǎo)通，S5關(guān)斷，流經(jīng)L1中的電流增大，電感L1儲能，傳輸路徑為:PV+—S3一L1 一電網(wǎng)一S2 —PV-;與此同時，L2釋放能量，電流經(jīng)電網(wǎng)一S2-S6體二極管一L2形成閉合續(xù)流回路，電感L2釋放能量，電流下降。
[0038]工作模態(tài)4:開關(guān)管S2恒導(dǎo)通，SpSpS6恒關(guān)斷，S5導(dǎo)通，S3關(guān)斷，流經(jīng)L2的電流增大，電感L2儲能，導(dǎo)通路徑為:PV+—S5—L2—電網(wǎng)一S2-PV-;與此同時，L1釋放能量，L1的電流下降，閉合續(xù)流路徑為:S4體二極管一L1 一電網(wǎng)一S2。
[0039]因此，在電網(wǎng)電壓的一個周期內(nèi)，開關(guān)管的工作時序為:
[0040]正半周期=S1始終導(dǎo)通，S2, S3, S5始終關(guān)斷，S4導(dǎo)通一S4、S6均關(guān)斷一S6導(dǎo)通一S4,S6均關(guān)斷。在該過程中，工作模態(tài)I和工作模態(tài)2會重復(fù)出現(xiàn)，工作模態(tài)I結(jié)束后對應(yīng)一個可變死區(qū)時間，然后進行工作模態(tài)2，工作模態(tài)2后經(jīng)過一個死區(qū)時間后重復(fù)進行工作模態(tài)I，工作模態(tài)1、工作模態(tài)2以及兩個死區(qū)時間構(gòu)成一個開關(guān)周期T。工作模態(tài)I對應(yīng)圖4中t0一ti時間段，工作模態(tài)2對應(yīng)圖4中t2—13時間段，h—12和t3—14時間段為可變死區(qū)時間，根據(jù)電網(wǎng)電壓進行實時調(diào)節(jié)。
[0041]負半周期:S2始終導(dǎo)通，S1, S4，S6始終關(guān)斷，S3導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷一S5導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷。在該過程中，工作模態(tài)3和工作模態(tài)4會重復(fù)出現(xiàn)，工作模態(tài)3結(jié)束后對應(yīng)一個可變死區(qū)時間，然后進行工作模態(tài)4，工作模態(tài)4后經(jīng)過一個死區(qū)時間后重復(fù)進行工作模態(tài)3，工作模態(tài)3和工作模態(tài)4構(gòu)成一個開關(guān)周期T。負半周期的工作模態(tài)在圖4中的對應(yīng)時間段與正半周期類似。
[0042]圖4為并網(wǎng)電流ig以及電感L1和L2中的電流波形，從中可以看出，該發(fā)明可以有效減小逆變器并網(wǎng)電流紋波，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量。
[0043]【具體實施方式】二:下面結(jié)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(guān)管的驅(qū)動信號由DSP產(chǎn)生，具體過程為:
[0044]步驟一、采樣電網(wǎng)電壓Ug和電網(wǎng)電流ig ;采樣太陽能電池PV的輸出電壓ud。；
[0045]步驟二、電網(wǎng)電壓Ug經(jīng)過比較器后輸出的信號為S1和S2提供驅(qū)動信號；
[0046]步驟三、電網(wǎng)電壓Ug經(jīng)過鎖相處理輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號sin Θ ；
[0047]步驟四、太陽能電池PV電壓采樣值ud。與給定值IW作差后，進行PI調(diào)節(jié)，與步驟三獲取的sin0相乘，獲取電流內(nèi)環(huán)給定值iMf ;
[0048]步驟五、步驟四獲取的電流內(nèi)環(huán)給定值iMf與電網(wǎng)電流ig作差后，進行PI調(diào)節(jié)，然后經(jīng)SPWM調(diào)制，輸出四路PWM信號作為S3、S4、S5和S6的驅(qū)動信號。
[0049]所述DSP采用型號為TMS320LF2812的DSP來實現(xiàn)。
[0050]電網(wǎng)電壓采樣信號Ug有兩個作用，一方面通過比較器控制開關(guān)管S1和S2的導(dǎo)通與關(guān)斷，另一方面作為鎖相環(huán)(PLL)的輸入，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正弦波。開關(guān)管S3-S6的控制采用電壓電流雙閉環(huán)控制方式，光伏電池輸出電壓(也可在光伏電池后面接一個DC/DC變換器)米樣值Ud。與給定值uMf作差后經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出與鎖相環(huán)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)正弦波相乘得到電流內(nèi)環(huán)的給定值iMf，將得到的電流給定值iMf與并網(wǎng)電流采樣值ig作差后經(jīng)過PI環(huán)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出與三角形載波比較，產(chǎn)生PWM波控制S3-S6四個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，它包括工頻開關(guān)管S1、工頻開關(guān)管S2>聞頻開關(guān)管S3、聞頻開關(guān)管S4、聞頻開關(guān)管S5、聞頻開關(guān)管S6、電感L1和電感L2 ;7K個開關(guān)管均自帶體二極管； S1和S2構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端連接電網(wǎng)的一端； S3和S4構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L1連接電網(wǎng)的另一端； S5和S6構(gòu)成一個橋臂；該橋臂輸出端通過電感L2連接電網(wǎng)的另一端； 三個橋臂均并聯(lián)在太陽能電池PV的兩端； 六個開關(guān)管的開關(guān)時序為: S1和S2分別在電網(wǎng)電壓正半周和負半周互補導(dǎo)通，占空比均為50%,留有死區(qū)時間； 在電網(wǎng)電壓正半周期內(nèi)=S1始終導(dǎo)通，S2, S3, S5始終關(guān)斷，S4導(dǎo)通一S4、S6均關(guān)斷一S6導(dǎo)通一S4, S6均關(guān)斷，留有死區(qū)時間； 在電網(wǎng)電壓負半周期間:S2始終導(dǎo)通，S1, S4, S6始終關(guān)斷，S3導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷一S5導(dǎo)通一S3、S5均關(guān)斷，留有死區(qū)時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，六個開關(guān)管的驅(qū)動信號由DSP產(chǎn)生，具體過程為: 步驟一、采樣電網(wǎng)電壓Ug和電網(wǎng)電流ig ;采樣太陽能電池PV的輸出電壓ud。； 步驟二、電網(wǎng)電壓Ug經(jīng)過比較器后輸出的信號為S1和S2提供驅(qū)動信號； 步驟三、電網(wǎng)電壓Ug經(jīng)過鎖相處理輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號sin Θ ； 步驟四、太陽能電池PV電壓采樣值ud。與給定值uMf作差后，進行PI調(diào)節(jié)，與步驟三獲取的sin Θ相乘,獲取電流內(nèi)環(huán)給定值iMf ; 步驟五、步驟四獲取的電流內(nèi)環(huán)給定值iMf與電網(wǎng)電流ig作差后，進行PI調(diào)節(jié)，然后經(jīng)SPWM調(diào)制，輸出四路PWM信號作為S3、S4、S5和S6的驅(qū)動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述單相全橋交錯并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述DSP采用型號為TMS320LF2812的DSP來實現(xiàn)。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】王衛(wèi), 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(yè)大學(xué)