專利名稱：包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，用于光伏發(fā)電等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電。
背景技術(shù)：
目前，能源的短缺以及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)因其不消耗地球化石能源、對環(huán)境零排放等優(yōu)點，成為最有競爭力的解決能源和環(huán)境問題的途徑，獲得了廣泛關(guān)注，成為了當(dāng)前的研究熱點。由于可再生發(fā)電源輸出的電能形式對環(huán)境變化更加敏感，波動較大，難以直接為負(fù)載供電，為此需要結(jié)合相應(yīng)的電能變換技術(shù)來獲得滿足并網(wǎng)運行或獨立供電要求的電能形式。在目前的解決方案中，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出為直流形式，一種方案是采用直流-直流-交流的兩級式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)平穩(wěn)的交流電能輸出。這種結(jié)構(gòu)中直流側(cè)增加的開關(guān)變換器造成系統(tǒng)損耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一種方案是采用Z源型逆變器，在直流發(fā)電源和傳統(tǒng)逆變器中間串接由兩個電感和電容組成的交叉阻抗網(wǎng)絡(luò)，利用逆變器的直通狀態(tài)對電感進(jìn)行儲能，在非直通狀態(tài)釋放，進(jìn)而間接實現(xiàn)直流電壓的升壓控制。Z源型逆變器采用單級結(jié)構(gòu)同時實現(xiàn)直流側(cè)的升壓控制和交流側(cè)的逆變控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等優(yōu)點，受到廣泛關(guān)注。但是這種方案直流升壓比有限，在直流升壓比較大時，需要較大的直通占空比，造成對交流側(cè)的輸出電壓和電流波形造成不良影響，另外，Z源型逆變器需要兩個儲能電感和兩個濾波電容，造成成本和體積均有所增加，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，用于光伏發(fā)電等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電，解決現(xiàn)有可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器的效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
一種包含直流側(cè)變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，所述的包含直流側(cè)變壓器的并網(wǎng)逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網(wǎng)逆變器的正極輸入端，二極管的負(fù)極與直流側(cè)的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網(wǎng)的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網(wǎng)的另一相相連，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調(diào)節(jié)器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，采用電網(wǎng)檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，采用電網(wǎng)電壓相位檢測模塊計算電網(wǎng)電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網(wǎng)電壓相位的正弦值，使用電流閉環(huán)控制模塊對并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，采用加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作；
所述的包含直流側(cè)變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的步驟是，
步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量；
步驟二、設(shè)置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現(xiàn)對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟三、采用電網(wǎng)電壓檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，將較高的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，將采集的電網(wǎng)電壓信號輸入到電網(wǎng)電壓相位檢測模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位，再將所述的電網(wǎng)電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設(shè)置并網(wǎng)電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網(wǎng)電流的瞬時給定值；
步驟五、采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，將采集到的并網(wǎng)電流與步驟四獲得的并網(wǎng)電流的瞬時給定值輸入到電流閉環(huán)控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值；
步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，從而實現(xiàn)并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點本發(fā)明以直流側(cè)加入變壓器的并網(wǎng)逆變器為控制對象，采用逆變器直流輸入電壓和并網(wǎng)電流的雙閉環(huán)控制，由于只需直流-交流逆變的一級電路結(jié)構(gòu)和更少的儲能元件即可同時實現(xiàn)直流電壓的恒定和電網(wǎng)側(cè)的單位功率因數(shù)并網(wǎng)控制，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊以及效率聞、可罪性聞等優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的原理 圖2是本發(fā)明的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的流程 圖3是本發(fā)明的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的直通狀態(tài)的原理圖，圖4是本發(fā)明的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的原理 圖5是本發(fā)明的加入直通狀態(tài)的SPWM的原理圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖5具體說明本實施方式。圖I是本發(fā)明的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的原理圖，所述的包含直流側(cè)變壓器的并網(wǎng)逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網(wǎng)逆變器的正極輸入端，二極管的負(fù)極與直流側(cè)的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網(wǎng)的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網(wǎng)的另一相相連，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調(diào)節(jié)器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，采用電網(wǎng)檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，采用電網(wǎng)電壓相位檢測模塊計算電網(wǎng)電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網(wǎng)電壓相位的正弦值，使用電流閉環(huán)控制模塊對并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，采用加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作；
所述的包含直流側(cè)變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的流程圖如圖2所示，其步驟是，
步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量；
步驟二、設(shè)置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現(xiàn)對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟三、采用電網(wǎng)電壓檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，將較高的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，將采集的電網(wǎng)電壓信號輸入到電網(wǎng)電壓相位檢測模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位，再將所述的電網(wǎng)電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設(shè)置并網(wǎng)電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網(wǎng)電流的瞬時給定值；
步驟五、采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，將采集到的并網(wǎng)電流與步驟四獲得的并網(wǎng)電流的瞬時給定值輸入到電流閉環(huán)控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值；
步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，從而實現(xiàn)并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制。下面分別詳細(xì)說明各部分的工作原理。(I)包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的直流升壓原理
加入直流變壓器的作用是通過逆變器產(chǎn)生直通狀態(tài)，進(jìn)而使能量存儲在直流變壓器中，而在非直通狀態(tài)釋放出去，進(jìn)而實現(xiàn)直流電壓的升壓。下面推導(dǎo)其直流電壓和直流供電電源之間的關(guān)系，即直流升壓比。各個公式中變量的物理含義為，*^為變壓器(2)的繞組Wl兩端電壓，為變壓器(2)的繞組W2兩端電壓，《I為變壓器(2)的匝數(shù)比《b力濾波電容(3)的電壓，*W為直流正極輸入端的二極管(I)的電壓為直流輸入電源電圧if力逆變器的直通占空比。在直通狀態(tài)下，對應(yīng)的等效電路如圖3所示，其繞組電壓方程為
權(quán)利要求
1.一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，所述的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網(wǎng)逆變器的正極輸入端，二極管的負(fù)極與直流側(cè)的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網(wǎng)的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網(wǎng)的另一相相連， 所述的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調(diào)節(jié)器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，采用電網(wǎng)電壓檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，采用電網(wǎng)電壓相位檢測模塊計算電網(wǎng)電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網(wǎng)電壓相位的正弦值，使用電流閉環(huán)控制模塊對并網(wǎng)電流進(jìn)行控制，采用加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作； 所述的包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法的步驟是， 步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量； 步驟二、設(shè)置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現(xiàn)對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；步驟三、采用電網(wǎng)電壓檢測模塊采集電網(wǎng)電壓，將較高的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，將采集的電網(wǎng)電壓信號輸入到電網(wǎng)電壓相位檢測模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位，再將所述的電網(wǎng)電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設(shè)置并網(wǎng)電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網(wǎng)電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網(wǎng)電流的瞬時給定值； 步驟五、采用并網(wǎng)電流檢測模塊采集并網(wǎng)電流，將采集到的并網(wǎng)電流與步驟四獲得的并網(wǎng)電流的瞬時給定值輸入到電流閉環(huán)控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值； 步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，從而實現(xiàn)并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述的直流電壓調(diào)節(jié)器采用比例-積分控制方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述的電流閉環(huán)控制模塊采用比例-積分控制方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含直流變壓器的并網(wǎng)逆變器的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，用于光伏發(fā)電等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電。本發(fā)明在并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)加入二極管和變壓器，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，并采用直流電壓和并網(wǎng)電流的雙閉環(huán)控制。本發(fā)明采用一級電路結(jié)構(gòu)和更少的儲能元件同時實現(xiàn)了直流電壓的升壓、穩(wěn)壓控制以及將發(fā)電源的發(fā)電能量輸送到電網(wǎng)中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、直流電壓利用率高以及效率高、可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號H02J3/38GK102931681SQ20121040980
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者李宣南, 樸順善, 毛飛 申請人:哈爾濱東方報警設(shè)備開發(fā)有限公司