一种基于正弦波母线的微网电源

摘要

本发明公开了一种基于正弦波母线的微网电源，属于分布式微网电源领域。该电源的拓扑结构包括BOOST模块1、全桥逆变模块2以及单向桥模块3，电源的输入接口包括市电接口和新能源电源（以光伏电池为例）接口。市电输入接单向桥输入端，在单向桥的反向截止作用下，能量只能从市电进入交流母线而无法从交流母线进入市电；光伏电池首先经过BOOST模块输出最大功率，然后经过全桥逆变模块输出与正弦波母线同频同相的电流源，并直接汇流入交流母线；汇流后的交流母线最终作为负载电源使用。本发明采用了正弦波母线汇流控制来实现光电实时互补，不需要储能设备和大容量母线电容即可获得光伏能量的稳定输出和高效利用，达到了降低发电系统成本和延长电源寿命的目的。

主权项

一种基于正弦波母线的微网电源，其特征在于：电源拓扑结构主要包括BOOST模块(1)、全桥逆变模块(2)以及单向桥模块(3)，由市电接口和光伏电池接口并行构成的电源输入接口；其中：市电通过单向桥模块(3)输出正弦波母线，在不采用大容量电容滤波的条件下直接作为电压源，同时单向桥模块确保了电能只能从市电进入交流母线；光伏电池通过BOOST模块(1)实现最大功率跟踪控制，再通过全桥逆变模块(2)输出与正弦波母线同频同相的电流源；BOOST模块(1)的输出端接全桥逆变模块(2)的输入端，同时全桥逆变模块(2)维持BOOST模块(1)输出端电压稳定性；上述电压源与电流源在正弦波母线上实现汇流控制，并直接提供给负载；BOOST模块(1)的控制方法具体包含步骤如下：2.1采样获得光伏电压U_pv和光伏电流I_pv，并输入MPPT控制器，该控制器输出光伏电压U_pv的参考电压值U_{pv_ref}；2.2根据U_{pv_ref}与U_pv获得光伏电压误差E_upv，将E_upv输入闭环反馈控制器1，该控制器输出BOOST模块占空比D_bo；2.3将BOOST模块占空比D_bo输入母线保护器，经过保护器判断后，占空比D_bo放大输出至开关管M0；母线保护器的控制方法包含如下内容：3.1设定阈值U_bo1<U_bo2<U_bo3，采样BOOST模块输出电压U_bo，若U_bo>U_bo1且U_bo<U_bo2，则进入步骤3.2；若U_bo>U_bo2且U_bo<U_bo3，则进入步骤3.3；若U_bo>U_bo3，则进入步骤3.4；3.2MPPT控制器执行逆过程，即U_{pv_ref}的调整朝着光伏输出功率P_pv减小的方向变化；3.3MPPT控制器执行逆过程，并且开通放电通道M1直至U_bo小于U_bo2，通过电阻R₀释放母线能量，以降低U_bo；3.4开通放电通道M1直至U_bo小于U_bo2，BOOST模块占空比清零，BOOST开关管M0强制关断，停止并初始化升压；全桥逆变模块(2)的控制方法具体包含步骤如下：4.1设定阈值U_bo0<U_{bo_ref}<U_bo1，采样BOOST模块输出电压U_bo，若U_bo<U_bo0，则进入步骤4.2；若U_bo>U_bo0，则进入步骤4.3；4.2将全桥逆变模块占空比清零，强制关闭全桥逆变模块开关管T1～T4，停止并初始化汇流；4.3将U_bo与U_{bo_ref}做差获得BOOST模块输出电压误差E_ubo，并将E_ubo输入至闭环反馈控制器2，获得全桥逆变模块输出电流参考值幅值I_{inv_amp}；4.4将参考值幅值I_{inv_amp}输入信号调理1，得到正弦化结果I_{inv_ref}，其中正弦化通过同步锁相PLL实现与电网电压U_net同频同相；4.5采样全桥逆变模块输出电流I_inv，根据I_{inv_ref}与I_inv得到误差E_iinv，将误差输入闭环反馈控制器3，获得全桥逆变模块占空比D_inv；该结果与外包络线滞环控制器取与操作，最终输入驱动放大电路驱动开关管T1～T4。