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适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法

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技术领域

本发明涉及一种逆变器的控制方法,尤其涉及一种适合宽输入电压升降压并网逆变 器的控制方法。

背景技术

近年来,随着环境污染的日益加剧和化石能源的不断紧缺,可再生能源由于具有清 洁安全、无污染、可再生等优点而越来越受到人们的关注。太阳能电池和燃料电池等的 输出为直流电,而电网电压为交流电,因此,并网逆变器成为分布式发电系统中的重要组 成部分。由于太阳能电池和燃料电池等的输出电压范围宽,如200~500V,有时低于电网 电压,有时高于电网电压,因此,采用传统的单级降压式并网逆变器无法实现,通常需 要再加一个前级DC-DC变换器,从而提高了系统的复杂性,降低了可靠性,增加了系统 的成本。已公开(CN102005962B)升降压并网逆变器及其控制方法可实现升降压变换。但 所提控制方法只能工作在升降压模式;有2个功率开关管在整个工频周期内高频开关, 有4个功率开关管在半个工频周期内高频开关,开关损耗较高;有2个功率开关管的电 压应力为输入电压和逆变器自身输出电压之和,若输入电压为500V,逆变器自身输出电 压峰值为311V,则功率开关管承受的电压为811V,如此高电压应力的高频开关MOS管 很难选取。

发明内容

本发明的目的在于针对传统升降压并网逆变器控制方法的缺陷,提出一种适合宽输 入升降压并网逆变器的控制方法。

本发明适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法,所述控制方法采用电流采样 电路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一滤波电感的电流输出适合宽输入电压 升降压并网逆变器的第一滤波电感电流反馈信号;采用电流采样电路采样适合宽输入电 压升降压并网逆变器的第二滤波电感的电流输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的第 二滤波电感电流反馈信号;采用电流采样电路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的 进网电流输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的进网电流反馈信号;采用电压采样电 路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的电网电压通过电网同步模块输出与适合宽输 入电压升降压并网逆变器的电网电压同频、同相的进网电流给定;将所述进网电流给定 与适合宽输入电压升降压并网逆变器的进网电流反馈信号通过进网电流调节器输出电感 电流给定;将所述电感电流给定与适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一滤波电感电 流反馈信号通过第一滞环电流比较器输出第一开关逻辑信号;将所述电感电流给定与适 合宽输入电压升降压并网逆变器的第二滤波电感电流反馈信号通过第二滞环电流比较器 输出第二开关逻辑信号;将所述电感电流给定与零电位通过第一比较器输出第三开关逻 辑信号;将所述第三开关逻辑信号通过第一反相器输出第四开关逻辑信号;将所述第一 开关逻辑信号与第四开关逻辑信号通过第一与门输出第五开关逻辑信号;将所述第一开 关逻辑信号通过第二反相器后与第四开关逻辑信号通过第二与门输出适合宽输入电压升 降压并网逆变器的第五功率开关管的开关逻辑信号,所述适合宽输入电压升降压并网逆 变器的第五功率开关管的开关逻辑信号通过第五驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并 网逆变器的第五功率开关管;将所述第二开关逻辑信号与第三开关逻辑信号通过第三与 门输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管的开关逻辑信号,所述适合 宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管的开关逻辑信号通过第六驱动电路驱动 适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管;将所述第二开关逻辑信号通过第 三反相器后与第三开关逻辑信号通过第四与门输出第六开关逻辑信号;

采用电压传感器采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的电源电压输出适合宽输入 电压升降压并网逆变器的电源电压反馈信号;将所述适合宽输入电压升降压并网逆变器 的电源电压反馈信号与切换电压给定通过第二比较器输出选通开关控制信号;

当适合宽输入电压升降压并网逆变器处于升降压模式,所述选通开关控制信号为低 电平,选通开关0通道选通,将所述第五开关逻辑信号通过第一选通开关后通过第一驱 动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一功率开关管;将所述第六开关逻辑 信号通过第二选通开关后通过第二驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第 二功率开关管;将所述第六开关逻辑信号与适合宽输入电压升降压并网逆变器的第五功 率开关管的开关逻辑信号依次通过第一或门、第三选通开关、第三驱动电路驱动适合宽 输入电压升降压并网逆变器的第三功率开关管;将所述第五开关逻辑信号与适合宽输入 电压升降压并网逆变器的第六功率开关管的开关逻辑信号依次通过第二或门、第四选通 开关、第四驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第四功率开关管;

当适合宽输入电压升降压并网逆变器处于降压模式,所述选通开关控制信号为高电 平,选通开关1通道选通,将所述第四开关逻辑信号通过第一选通开关后通过第一驱动 电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一功率开关管;将所述第三开关逻辑信 号通过第二选通开关后通过第二驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第二 功率开关管;将所述第三开关逻辑信号通过第三选通开关后通过第三驱动电路驱动适合 宽输入电压升降压并网逆变器的第三功率开关管;将所述第四开关逻辑信号通过第四选 通开关后通过第四驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第四功率开关管。

本发明与已公开(CN102005962B)升降压并网逆变器的控制方法对比的有益效果 是:

1)适合太阳能电池、燃料电池等宽输入电压的场合;

2)在较高输入电压时,适合宽输入电压升降压并网逆变器处于降压模式,4个功率 开关管工频开关,只有2个功率开关管在半个工频周期内高频开关,减少了开关损耗, 提高了变换效率;

3)降压模式下,电感电流和流过功率开关管的电流比升降压模式下小,从而减小 了滤波电感的重量和体积,减小了功率开关管的电流应力,可选择低电流应力的功率开 关管,降低了成本;

4)降压模式下,功率开关管承受的电压比升降压模式下小,可选择低电压应力的 功率开关管,从而降低了成本,减小了功率开关管的导通电阻,减小了导通损耗,提高 了变换效率。

附图说明
控制系统框架图

图1:本发明控制系统框图;

本发明升降压模式下模态1时的工作电路原理图
图2:本发明升降压模式下模态1时的工作电路原理图;
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图3:本发明升降压模式下模态2时的工作电路原理图;
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图4:本发明升降压模式下模态3时的工作电路原理图;
 

图5:本发明升降压模式下模态4时的工作电路原理图;

图6:本发明降压模式下模态1时的工作电路原理图;

图7:本发明降压模式下模态3时的工作电路原理图。

图中的主要符号名称:Uin——电源电压,S1~S6——功率开关管,D1~D4——二 极管,L1,L2——滤波电感,Lg——网侧滤波电感,Cf——滤波电容,Rd——阻尼电阻, ug——电网电压,uo——逆变器自身输出电压,ig——进网电流,iL1,iL2——滤波电感 L1和L2的电流,Uref——切换电压给定,Uc——选通开关控制信号。

具体实施方式

由图1可知,适合宽输入电压升降压并网逆变器包括电源Uin、第一功率开关管S1、 第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六 功率开关管S6、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、阻尼 电阻Rd、滤波电容Cf、网侧滤波电感Lg、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2和电网;

控制方法如下:采用电流采样电路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一滤 波电感L1的电流iL1输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一滤波电感L1电流反馈 信号iLf1;采用电流采样电路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的第二滤波电感L2的电流iL2输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的第二滤波电感L2电流反馈信号iLf2; 采用电流采样电路采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的进网电流ig输出适合宽输入 电压升降压并网逆变器的进网电流反馈信号igf;采用电压采样电路采样适合宽输入电压 升降压并网逆变器的电网电压ug通过电网同步模块输出与适合宽输入电压升降压并网逆 变器的电网电压ug同频、同相的进网电流给定igref;将所述进网电流给定igref与适合宽输 入电压升降压并网逆变器的进网电流反馈信号igf通过进网电流调节器输出电感电流给定 iLref;将所述电感电流给定iLref与适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一滤波电感L1电 流反馈信号iLf1通过第一滞环电流比较器输出第一开关逻辑信号;将所述电感电流给定 iLref与适合宽输入电压升降压并网逆变器的第二滤波电感L2电流反馈信号iLf2通过第二滞 环电流比较器输出第二开关逻辑信号;将所述电感电流给定iLref与零电位通过第一比较 器输出第三开关逻辑信号;将所述第三开关逻辑信号通过第一反相器输出第四开关逻辑 信号;将所述第一开关逻辑信号与第四开关逻辑信号通过第一与门输出第五开关逻辑信 号;将所述第一开关逻辑信号通过第二反相器后与第四开关逻辑信号通过第二与门输出 适合宽输入电压升降压并网逆变器的第五功率开关管S5的开关逻辑信号,所述适合宽输 入电压升降压并网逆变器的第五功率开关管S5的开关逻辑信号通过第五驱动电路驱动适 合宽输入电压升降压并网逆变器的第五功率开关管S5;将所述第二开关逻辑信号与第三 开关逻辑信号通过第三与门输出适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管S6的开关逻辑信号,所述适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管S6的开关逻 辑信号通过第六驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管S6; 将所述第二开关逻辑信号通过第三反相器后与第三开关逻辑信号通过第四与门输出第六 开关逻辑信号;

采用电压传感器采样适合宽输入电压升降压并网逆变器的电源电压Uin输出适合宽 输入电压升降压并网逆变器的电源电压反馈信号Uinf;将所述适合宽输入电压升降压并网 逆变器的电源电压反馈信号Uinf与切换电压给定Uref通过第二比较器输出选通开关控制 信号Uc

当适合宽输入电压升降压并网逆变器处于升降压模式,所述选通开关控制信号Uc为 低电平,选通开关0通道选通,将所述第五开关逻辑信号通过第一选通开关后通过第一 驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一功率开关管S1;将所述第六开关 逻辑信号通过第二选通开关后通过第二驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器 的第二功率开关管S2;将所述第六开关逻辑信号与适合宽输入电压升降压并网逆变器的 第五功率开关管S5的开关逻辑信号依次通过第一或门、第三选通开关、第三驱动电路驱 动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第三功率开关管S3;将所述第五开关逻辑信号与 适合宽输入电压升降压并网逆变器的第六功率开关管S6的开关逻辑信号依次通过第二或 门、第四选通开关、第四驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第四功率开 关管S4

当适合宽输入电压升降压并网逆变器处于降压模式,所述选通开关控制信号Uc为高 电平,选通开关1通道选通,将所述第四开关逻辑信号通过第一选通开关后通过第一驱 动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第一功率开关管S1;将所述第三开关逻 辑信号通过第二选通开关后通过第二驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的 第二功率开关管S2;将所述第三开关逻辑信号通过第三选通开关后通过第三驱动电路驱 动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第三功率开关管S3;将所述第四开关逻辑信号通 过第四选通开关后通过第四驱动电路驱动适合宽输入电压升降压并网逆变器的第四功率 开关管S4

在分析之前,作如下假设:①所有功率开关管和二极管均为理想器件,不考虑开关 时间,导通压降;②所有电感、电容均为理想元件。

结合图2~图5叙述本发明升降压模式下的具体工作原理,下面对各开关模态的工 作情况进行具体分析。

当iLref>0时,存在开关模态1和开关模态2两个模态。第一、第五功率开关管S1、 S5关断,第二、第三、第四、第六功率开关管S2、S3、S4、S6高频开关。第一滤波电感 电流iL1为0。

如图2所示,开关模态1

第四、第六功率开关管S4、S6导通,由电源电压Uin正端通过第四功率开关管S4, 第四二极管D4,第二滤波电感L2,第六功率开关管S6回到电源电压Uin负端,第二滤波 电感电流iL2上升。第一功率开关管S1和第三二极管D3承受的电压都为uo,第二二极管 D2承受的电压为Uin,第五功率开关管S5承受的电压为uo+Uin

如图3所示,开关模态2

第二、第三功率开关管S2、S3导通,由第三功率开关管S3,第三二极管D3,阻尼电 阻Rd和滤波电容Cf串联后与网侧滤波电感Lg和电网电压ug串联后的并联支路,第二滤 波电感L2,第二二极管D2和第二功率开关管S2构成续流回路,第二滤波电感电流iL2下 降。第四功率开关管S4承受的电压为uo,第五、第六功率开关管S5、S6承受的电压都为 Uin

当iLref<0时,存在开关模态3和开关模态4两个模态。第二、第六功率开关管S2、 S6关断,第一、第三、第四、第五功率开关管S1、S3、S4、S5高频开关。第二滤波电感 电流iL2为0。

如图4所示,开关模态3

第三、第五功率开关管S3、S5导通,由电源电压Uin正端通过第三功率开关管S3, 第三二极管D3,第一滤波电感L1,第五功率开关管S5回到电源电压Uin负端,第一滤波 电感电流iL1负向增加。第二功率开关管S2和第四二极管D4承受的电压都为-uo,第一二 极管D1承受的电压为Uin,第六功率开关管S6承受的电压为-uo+Uin

如图5所示,开关模态4

第一、第四功率开关管S1、S4导通,由第四功率开关管S4,第四二极管D4,阻尼电 阻Rd和滤波电容Cf串联后与网侧滤波电感Lg和电网电压ug串联后的并联支路,第一滤 波电感L1,第一二极管D1和第一功率开关管S1构成续流回路,第一滤波电感电流iL1负 向减小。第三功率开关管S3承受的电压为-uo,第五、第六功率开关管S5、S6承受的电压 都为Uin

结合图3、图5~图7叙述本发明降压模式下的具体工作原理,下面对各开关模态 的工作情况进行具体分析。

当iLref>0时,存在开关模态1和开关模态2两个模态。第一、第四、第五功率开关 管S1、S4、S5关断,第二、第三功率开关管S2、S3导通,第六功率开关管S6高频开关。 第一滤波电感电流iL1为0。

如图6所示,开关模态1

第六功率开关管S6导通,由电源电压Uin正端通过第三功率开关管S3,第三二极管 D3,阻尼电阻Rd和滤波电容Cf串联后与网侧滤波电感Lg和电网电压ug串联后的并联支 路,第二滤波电感L2,第六功率开关管S6回到电源电压Uin负端,第二滤波电感电流iL2上升。第四功率开关管S4承受的电压为uo,第二二极管D2和第五功率开关管S5承受的 电压都为Uin

如图3所示,开关模态2

该开关模态同升降压模式下的开关模态2。

当iLref<0时,存在开关模态3和开关模态4两个模态。第二、第三、第六功率开关 管S2、S3、S6关断,第一、第四功率开关管S1、S4导通,第五功率开关管S5高频开关。 第二滤波电感电流iL2为0。

如图7所示,开关模态3

第五功率开关管S5导通,由电源电压Uin正端通过第四功率开关管S4,第四二极管 D4,阻尼电阻Rd和滤波电容Cf串联后与网侧滤波电感Lg和电网电压ug串联后的并联支 路,第一滤波电感L1,第五功率开关管S5回到电源电压Uin负端,第一滤波电感电流iL1负向增加。第三功率开关管S3承受的电压为-uo,第一二极管D1和第六功率开关管S6承 受的电压都为Uin

如图5所示,开关模态4

该开关模态同升降压模式下的开关模态4。
联系QQ:1517628457,电话:18010052675,魏经理

  • 专利号: 201310157818.X
  • 专利类型: 发明专利
  • 样品:
  • 转让方式:
  • 更新日期: 2015-03-15 11:25:18
  • 标签: 专利转让 逆变器 电压 方法
  • 技术成熟度: 构想阶段
  • 转让金额: 面议
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