一种并网型光伏发电微型逆变器及其控制方法

摘要

本发明公开了太阳能光伏发电技术领域的一种并网型光伏发电微型逆变器及其控制方法。逆变器包括第一电容、第一电压传感器、第一驱动模块、第一反激变换器、第二反激变换器、第二电压传感器、第三电压传感器、MPU控制器、第二驱动模块、第一逆变桥、第二逆变桥、第二电容、电流传感器、滤波器和第四电压传感器。本发明可有效降低反激变压器的容量以及功率管的最大可承受电压，从而能够降低逆变器的成本，并显著提高逆变器的可靠性及电能质量。

主权项

一种并网型光伏发电微型逆变器的控制方法，所述逆变器包括第一电容、第一电压传感器、第一驱动模块、第一反激变换器、第二反激变换器、第二电压传感器、第三电压传感器、MPU控制器、第二驱动模块、第一逆变桥、第二逆变桥、第二电容、电流传感器、滤波器和第四电压传感器；所述第一反激变换器包括第一反激变压器、第一二极管、第三电容和第一功率管；所述第二反激变换器包括第二反激变压器、第二二极管、第四电容和第二功率管；所述第一逆变桥包括第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管；所述第二逆变桥包括第七功率管、第八功率管、第九功率管和第十功率管；其中，所述MPU控制器分别与第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第四电压传感器和电流传感器的测量信号输出端连接；同时与第一驱动模块、第二驱动模块的输入端连接；所述第一电压传感器的正极与太阳能电池板正极连接，第一电压传感器的负极与太阳能电池板负极连接；所述第一反激变压器的初级线圈同名端与太阳能电池板正极连接；所述第一反激变压器的初级线圈异名端与第一功率管漏极连接；第一功率管源极与太阳能电池板负极连接；第一功率管栅极与第一驱动模块输出端连接；第一反激变压器次级线圈的异名端与第一二极管阳极连接，第一二极管阴极与第三电容一端连接，第三电容另一端与第一反激变压器次级线圈同名端连接；第二电压传感器正极与第一二极管阴极连接，第二电压传感器负极与第一反激变压器次级线圈同名端连接；第三功率管漏极和第四功率管漏极与第一二极管阴极连接；第三功率管源极与第五功率管的漏极连接；第四功率管源极与第六功率管的漏极连接；第五功率管的源极和第六功率管的源极与第一反激变压器次级线圈的同名端连接；第二驱动模块的输出端分别与第三功率管、第四功率管、第五功率管和第六功率管的栅极连接；所述第二反激变压器的初级线圈同名端与太阳能电池板正极连接；所述第二反激变压器的初级线圈异名端与第二功率管漏极连接；第二功率管源极与太阳能电池板负极连接；第二功率管栅极与第一驱动模块输出端连接；第二反激变压器次级线圈的异名端与第二二极管阳极连接，第二二极管阴极与第四电容一端连接，第四电容另一端与第二反激变压器次级线圈同名端连接；第三电压传感器正极与第二二极管阴极连接，第三电压传感器负极与第二反激变压器次级线圈同名端连接；第七功率管漏极和第八功率管漏极与第二二极管阴极连接；第七功率管源极与第九功率管的漏极连接；第八功率管源极与第十功率管的漏极连接；第九功率管的源极和第十功率管的源极与第二反激变压器次级线圈的同名端连接；第二驱动模块的输出端分别与第七功率管、第八功率管、第九功率管和第十功率管的栅极连接；所述第一逆变桥和第二逆变桥由第四功率管源极与第七功率管源极连接形成串联，第三功率管源极和第八功率管源极为串联串联逆变桥电路的输出；第二电容一端与第三功率管源极连接，另一端与第八功率管源极连接；电流传感器正极与第三功率管源极连接，电流传感器负极与滤波器一输入端连接，滤波器另一输入端与第八功率管源极连接；第四电压传感器正极与滤波器正输出端连接，第四电压传感器负极与滤波器负输出端连接，最后输出连接到电网；所述第一反激变换器和第二反激变换器为并联结构；所述第一逆变桥和第二逆变桥为串联结构；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在k时刻，利用第一电压传感器采集太阳能电池板电压V_pv(k)，利用第二电压传感器采集第一反激变换器输出电压V_f1(k)，利用第三电压传感器采集第二反激变换器输出电压V_f2(k)，利用电流传感器采集并网电流I_grid(k)，利用第四电压传感器采集电网电压V_grid(k)；步骤2：判断采集到的电网电压是否满足V_grid(k)＝0并且V_grid(k‑1)<0，如果满足，则由MPU控制器中的定时器开始计数，设定计数变量为G；直到当V_grid(k)＝0并且V_grid(k‑1)>0时停止计数；计算电网周期和控制步宽；所述电网周期的计算公式为：T＝G×t；其中，t为定时器的中断时间；所述控制步宽的计算公式为：$\mathrm{\Delta \theta }=\frac{\pi }{G};$步骤3：计算k时刻电网电流相角θ(k)＝θ(k‑1)+Δθ；当时，k时刻的并网电流参考值I_ref(k)＝sin(θ(k))；当时，k时刻的并网电流参考值I_ref(k)＝sin(π‑θ(k))；计算k时刻的并网电流偏差e(k)＝I_ref(k)‑I_grid(k)；步骤4：通过比例积分控制方法计算得到并网电流控制量其中，K_p1为比例积分控制方法设定的比例增益，T_i1为比例积分控制方法设定的积分增益；步骤5：在步骤1的基础上，计算第一反激变压器次级线圈输出电压V_f1(k)和第二反激变压器次级线圈输出电压V_f2(k)的差值ΔV(k)＝V_f1(k)‑V_f2(k)，通过比例积分控制方法计算得到平衡两个反激变压器输出功率的控制量其中，K_p2为比例积分控制方法设定的比例增益，T_i2为比例积分控制方法设定的积分增益；步骤6：在步骤1的基础上，根据反激变换器的输入和输出电压关系，计算得到脉宽调制占空比D(k)，其中，N为反激变压器匝数比；步骤7：结合步骤4、5和6的结果，得出第一反激变换器的PWM占空比与第二反激变换器的PWM的占空比：D1(k)＝U(k)+D(k)‑ΔU(k)，D2(k)＝U(k)+D(k)+ΔU(k)，并且使两路PWM产生180度相移，输入到第一驱动模块，第一驱动模块再分别驱动第一功率管和第二功率管；步骤8：在步骤2的基础上，以T/2为周期，MPU产生两路互补的PWM驱动信号，输入到第二驱动模块，第二驱动模块驱动第一逆变桥和第二逆变桥的功率管，其中第三功率管、第六功率管、第七功率管和第十功率管为同一驱动信号；第四功率管、第五功率管、第八功率管和第九功率管为同一驱动信号，两组功率管交替导通实现逆变。