CN101741275A - 可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法 - Google Patents

可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法，属于逆变器控制领域。该方法的控制电路包括控制和调制两部分，其是通过分别对全桥并网逆变电路后的两个输出滤波电感的电流进行闭环调节，保证并联的每台逆变器输出侧的火线和零线电流的基波分量相等，使各逆变器之间无电流耦合关系，从而使得全桥并网逆变器可以共直流母线并联工作。应用本发明控制的全桥并网逆变器易于模块化，省去了逆变器输出端的工频隔离变压器，减小了整机的体积和重量，节约了系统的成本，特别适用于光伏并网发电系统的应用。

Description

可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法
技术领域
本发明涉及一种逆变器的控制方法，尤其涉及一种可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法，属于逆变器控制领域。
背景技术
随着传统燃料能源的紧缺，太阳能、风能等可再生能源因其具有环保、无能源消耗等诸多优点而逐渐得到广泛的关注和研究。
目前较大功率的光伏发电系统中，主要是在DC/DC变换器处实现分布式并联，即一个光伏阵列分别与一个DC/DC变换器连接，实现最大功率跟踪，避免集中式的光伏阵列所导致的相互影响，提高最大功率跟踪的效率。DC/DC变换器输出并联后通过一个大容量集中式逆变器进行DC/AC变换，把能量送入电网，故逆变环节不具备冗余性。如果采用分布式DC/DC和分布式DC/AC的结构，则DC/AC模块就需要共直流母线并联。
光伏发电系统中的DC/AC模块一般采用全桥逆变器。传统全桥逆变器拓扑共直流母线并联时，会出现直流母线短路的情况，故输出端需要通过工频变压器隔离后再并联，这样就大大增加了系统的体积和成本。输出侧采用双滤波电感的全桥逆变器，输出侧火线和零线上均通过电感与电网相连，故可以共直流母线并联。现有的全桥逆变器并网控制方式仅对单电感电流进行闭环控制，故不受控制的电感电流就会与其他全桥逆变器中不受控制的电感电流存在耦合关系，电感电流中含有较大的直流分量，会导致开关管的损坏。
发明内容
本发明针对背景技术中全桥逆变器并网控制方式存在的缺陷，而提出一种使全桥并网逆变器易于模块化、体积减小、并联工作时逆变器间无电流耦合的全桥并网逆变器控制方法。
本发明的可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法，该全桥并网逆变器包括电源电路、全桥逆变电路、两个输出滤波电感和输出滤波电容，该全桥并网逆变器的控制电路部分包括控制电路和调制电路，所述控制电路包括乘法器、加法器、两个减法器和两个电流调节器，所述调制电路包括两个比较器、三个反向器和第一至第四驱动电路，该全桥并网逆变器的控制方法包括如下内容：
并网电流给定信号与电网电压锁相信号通过乘法器后得到并网电流参考信号，采用电流传感器采样逆变器中的第一滤波电感电流和第二滤波电感电流分别作为第一并网电流反馈信号和第二并网电流反馈信号，并网电流参考信号与第一并网电流反馈信号相减再通过第一电流调节器后得到第一调制信号，并网电流参考信号与第二并网电流反馈信号相减再通过第二电流调节器后得到第二调制信号，第一调制信号与第二调制信号相加后得到第三调制信号，第三调制信号分别接入第一比较器的同相端和第二比较器的反相端，载波信号接入第一比较器的反相端并经过第一反向器后接入第二比较器的同相端，第一比较器的输出信号通过第一驱动电路得到第一开关管驱动信号，第一比较器的输出信号还依次通过第二反相器和第二驱动电路后得到第二开关管驱动信号，第二比较器的输出信号通过第三驱动电路得到第三开关管驱动信号，第二比较器的输出信号还依次通过第三反相器和第四驱动电路后得到第四开关管驱动信号。
本发明具有如下有益效果：
1)保证每台逆变器输出侧火线和零线电流的基波分量相等，逆变器之间无电流耦合关系；
2)逆变器易于实现模块化，易于扩容和维修；
3)使逆变器输出端的并联无需通过工频变压器隔离，减小了系统的体积和重量，节省了成本。
附图说明
图1为可并联工作的模块化全桥并网逆变器拓扑及其控制电路原理图，图中：1为电源电路；2为全桥逆变电路；3为控制电路；4为调制电路；Vin为输入直流电源；Cin为输入滤波电容；S1～S4分别为第一至第四功率开关管；Lf1、Lf2分别为第一和第二滤波电感；Cf为输出滤波电容；grid为交流电网。
图2为全桥逆变器的三种实施例拓扑结构。
图3为两台全桥并网逆变器共直流母线并联工作时的电路拓扑及控制电路原理图，图中：L1、L2均为Boost储能电感；D1、D2均为功率二极管；PV1、PV2均为光伏阵列；uref为母线电压参考信号；uof1、uof2分别为全桥逆变器1和2的母线电压反馈信号；ue1、ue2分别为电压调节器1和2的输出信号。
图4为图3中两台逆变器的相关输出波形图，其中：图4(a)全桥逆变器1工作，全桥逆变器2不工作；图4(b)两台逆变器均工作。
图4中：vo为电网电压，io2为全桥逆变器2的输出电流；iLf11是全桥逆变器1中流过滤波电感Lf11的电流，以逆变器流入电网方向为正；iLf21是全桥逆变器1中流过滤波电感Lf21的电流，以电网流入逆变器方向为正。
具体实施方式
本发明涉及的可并联工作的模块化全桥并网逆变器及其控制电路如图1所示，包括电源电路电源1、全桥逆变电路2、第一滤波电感Lf1、第二滤波电感Lf2、滤波电容Cf、交流电网grid、控制电路3、调制电路4，所述控制电路3包括乘法器、加法器、两个减法器和两个电流调节器，所述调制电路4包括两个比较器、三个反向器和四个开关管驱动电路。
本发明的控制方法为：并网电流给定信号ig与电网电压锁相信号PLL通过乘法器后得到并网电流参考信号iref，采用电流传感器采样逆变器中的第一滤波电感电流iLf1和第二滤波电感电流iLf2分别作为第一并网电流反馈信号和第二并网电流反馈信号，并网电流参考信号iref与第一并网电流反馈信号相减再通过第一电流调节器后得到第一调制信号ie1，并网电流参考信号iref与第二并网电流反馈信号相减再通过第二电流调节器后得到第二调制信号ie2，第一调制信号ie1与第二调制信号ie2相加后得到第三调制信号ir，第三调制信号ir分别接入第一比较器的同相端和第二比较器的反相端，载波信号vst接入第一比较器的反相端并经过第一反向器后接入第二比较器的同相端，第一比较器的输出信号通过第一驱动电路得到第一开关管驱动信号vgs1，第一比较器的输出信号还依次通过第二反相器和第二驱动电路后得到第二开关管驱动信号vgs2，第二比较器的输出信号通过第三驱动电路得到第三开关管驱动信号vgs3，第二比较器的输出信号还依次通过第三反相器和第四驱动电路后得到第四开关管驱动信号vgs4。
在具体实施中，全桥逆变器具有多种拓扑结构。图2给出了三种全桥变换器拓扑结构，其中：图2(a)是带交流旁路的全桥逆变器；图2(b)是带两个直流开关的全桥逆变器；图2(c)是带一个直流开关的全桥逆变器。
如图3所示为两台全桥并网逆变器共直流母线并联工作时的电路拓扑及控制电路原理图，包括发电单元11和12，全桥并网逆变电路21和22，控制电路31和32，调制电路41和42及输出滤波电感和电容。发电单元11和12中的直流电源PV1和PV2均为光伏阵列，每个光伏阵列的输出端均串接一个Boost DC/DC变换器组成发电单元后连入公共直流母线，每个全桥DC/AC并网逆变电路的输入端均接入公共直流母线，其输出端均连入交流电网grid。前级Boost DC/DC变换器对光伏阵列进行最大功率点跟踪，把光伏阵列发出的电能送入直流母线。
下面以图3中的全桥逆变器1(发电单元11、全桥并网逆变电路21、滤波电感Lf11和Lf21、滤波电容Cf1)为例来介绍本发明的控制方法：
采用母线电压采样1得到的母线电压反馈信号uof1与母线电压参考信号uref相减后经过电压调节器1得到输出信号ue1，电压调节器1输出信号ue1经过限幅1后得到并网电流给定信号ig1，从而限定了该全桥并网逆变器的最大输出功率，并网电流给定信号ig1与电网电压锁相信号PLL通过乘法器1后得到并网电流参考信号iref1，采用电流传感器采样流过滤波电感Lf11的电流iLf11和流过滤波电感Lf21的电流iLf21分别作为并网电流反馈信号1和2。并网电流参考信号iref1与并网电流反馈信号1相减后通过电流调节器11得到调制信号ie11，并网电流参考信号iref1与并网电流反馈信号2相减后通过电流调节器21得到调制信号ie21，调制信号ie11与调制信号ie21相加后得到调制信号ir1。调制信号ir1接入比较器11的同相端和比较器21的反相端，载波信号vst1接入比较器11的反相端并经过反向器11后接入比较器21的同相端，比较器11的输出信号通过驱动电路11得到开关管S11驱动信号vgs11，比较器11的输出信号还依次通过反相器21和驱动电路21后得到开关管S21驱动信号vgs21，比较器21的输出信号通过驱动电路31得到开关管S31驱动信号vgs31，比较器21的输出信号还依次通过反相器31和驱动电路41后得到开关管S41驱动信号vgs41。以上控制方法中对滤波电感电流iLf11和iLf21分别进行闭环调节，控制滤波电感电流iLf11和iLf21的基波分量相等。全桥逆变器2的控制方法与全桥逆变器1相同，不重复叙述。
如图4所示为图3中两台逆变器的相关输出波形图，其中：图4(a)是全桥逆变器1工作，全桥逆变器2不工作，可以看出全桥逆变器1中流过两个滤波电感的电流相等；图4(b)是全桥逆变器1和2均工作，可以看出全桥逆变器1中流过两个滤波电感的电流也相等，说明全桥逆变器1和全桥逆变器2之间没有电流耦合关系，验证了本发明可并联工作的模块化全桥并网逆变器控制方法的正确性。

Claims (2)

1.一种可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法，该全桥并网逆变器包括电源电路(1)、全桥逆变电路(2)、两个输出滤波电感(Lf1、Lf2)和输出滤波电容(Cf)，该全桥并网逆变器的控制电路部分包括控制电路(3)和调制电路(4)，所述控制电路(3)包括乘法器、加法器、两个减法器和两个电流调节器，所述调制电路(4)包括两个比较器、三个反向器和第一至第四驱动电路，其特征在于：该全桥并网逆变器的控制方法包括如下内容：
并网电流给定信号(ig)与电网电压锁相信号(PLL)通过乘法器后得到并网电流参考信号(iref)，采用电流传感器采样逆变器中的第一滤波电感电流(iLf1)和第二滤波电感电流(iLf2)分别作为第一并网电流反馈信号和第二并网电流反馈信号，并网电流参考信号(iref)与第一并网电流反馈信号相减再通过第一电流调节器后得到第一调制信号(ie1)，并网电流参考信号(iref)与第二并网电流反馈信号相减再通过第二电流调节器后得到第二调制信号(ie2)，第一调制信号(ie1)与第二调制信号(ie2)相加后得到第三调制信号(ir)，第三调制信号(ir)分别接入第一比较器的同相端和第二比较器的反相端，载波信号(vst)接入第一比较器的反相端并经过第一反向器后接入第二比较器的同相端，第一比较器的输出信号通过第一驱动电路得到第一开关管驱动信号(vgs1)，第一比较器的输出信号还依次通过第二反相器和第二驱动电路后得到第二开关管驱动信号(vgs2)，第二比较器的输出信号通过第三驱动电路得到第三开关管驱动信号(vgs3)，第二比较器的输出信号还依次通过第三反相器和第四驱动电路后得到第四开关管驱动信号(vgs4)。
2.根据权利要求1所述的可并联工作的模块化全桥并网逆变器的控制方法，其特征在于：所述第一滤波电感电流(iLf1)和第二滤波电感电流(iLf2)在控制后的基波分量相等。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Samil Power Co., Ltd.

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Contract record no.: 2012320000403

Denomination of invention: Control method of modular full-bridge grid-connected inverters capable of parallel operation

Granted publication date: 20111130

License type: Exclusive License

Open date: 20100616

Record date: 20120406

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Granted publication date: 20111130

Termination date: 20180115

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