CN104092245B - 交流旁路单相光伏逆变器及其控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交流旁路单相光伏逆变器的控制方法和控制装置，利用并网电流信号和电网电压信号之间的相位差对调制波的相位进行闭环调整，以使得并网电流信号与电网电压信号保持某一定值相位差，锁相并网电流信号的相位来控制交流旁路功率开关管，从而使得交流旁路功率开关管在电流过零时进行开关切换，不中断并网电流，减小甚至消除电流的过零点畸变，并且交流旁路单相光伏逆变器能够发出任意角度的无功电流。本发明还公开了交流旁路单相光伏逆变器。

Description

交流旁路单相光伏逆变器及其控制方法和控制装置

技术领域

本发明属于逆变器技术领域，尤其涉及交流旁路单相光伏逆变器及其控制方法和控制装置。

背景技术

采用非隔离式(不含变压器)拓扑的光伏逆变器效率高、体积小、重量轻、成本低，这些优点得到光伏逆变器制造厂商和研究机构的重视，出现大量的相关研究成果，极大地推动了光伏发电技术的发展。但是，采用非隔离式拓扑的光伏逆变器能够与交流电网形成直接的电气连接，该电气连接能够将功率器件开关产生的高频共模电压形成高频共模电流，带来传导、辐射干扰问题以及安全隐患。

为了解决这个问题，出现了一类能够抑制高频共模电流的交流旁路单相光伏逆变器，该类拓扑是对典型的H桥拓扑的一种改进，即在续流阶段将交流电网与光伏电池断开，附加的旁路功率开关将交流电流旁路，采用单极性调制方式以降低损耗，旁路功率开关管以电网电压的相位和频率开关。

图1和图2示出了两种交流旁路单相光伏逆变器的结构。图1所示的HERIC主电路拓扑以及图2所示的H6主电路拓扑，均包括第一功率开关管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和第六功率开关管S6。其中，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3和第四功率开关管S4为桥臂功率开关管，第五功率开关管S5和第六功率开关管S6为交流旁路功率开关管。在运行过程中，交流旁路功率器件(也就是第五功率开关管S5和第六功率开关管S6)按照电网电压的相位和频率开关，开关的时序由调制策略决定。

目前的交流旁路单相光伏逆变器在运行过程中存在电流过零点畸变的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交流旁路单相光伏逆变器的控制方法及控制装置，以减小电流在过零点畸变的程度。本发明还提供一种交流旁路单相光伏逆变器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一种交流旁路单相光伏逆变器的控制方法，所述交流旁路单相光伏逆变器连接于光伏电池和交流电网之间，所述交流旁路单相光伏逆变器包括第一功率开关管至第六功率开关管，其中第一功率开关管至第四功率开关管为桥臂功率开关管，第五功率开关管和第六功率开关管为交流旁路功率开关管，所述方法包括：

获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α；

确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

计算所述相位差和参考相位的和值，对所述和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ；

生成单位正弦信号，所述单位正弦信号的频率与所述交流电网的频率相同、初相角为θ；

获取直流参考电压V_dcr，对所述直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi；

将所述参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref；

确定所述交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算所述参考电流i_ref和所述并网电流i的差值，对所述差值进行PI控制，获得调制波i_m；

比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至所述第一至第四功率开关管的控制端；

对所述并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用所述电流同步信号i_syn生成所述第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至所述第五功率开关管和第六功率开关管。

优选的，在上述方法中，所述比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，包括：

对所述调制波i_m进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn；

对所述调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m，其中，当所述调制波同步信号i_msyn高于零电位时，所述第一信号S_1m为高电平、所述第二信号/S_1m为低电平，当所述调制波同步信号i_msyn低于零电位时，所述第一信号S_1m为低电平、所述第二信号/S_1m为高电平；

比较所述调制波i_m与所述载波获得第四信号S_14m，其中，当所述调制波i_m高于所述载波时，所述第四信号S_14m为高电平，当所述调制波i_m低于所述载波时，所述第四信号S_14m为低电平；

获取所述调制波i_m的反相信号，比较所述反相信号与所述载波获得第三信号S_23m，其中，当所述反相信号高于所述载波时，所述第三信号S_23m为高电平，当所述反相信号低于所述载波时，所述第三信号S_23m为低电平；

将所述第一信号S_1m和所述第四信号S_14m进行与运算，生成所述第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将所述第二信号/S_1m和所述第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

优选的，在上述方法中，所述获取直流参考电压V_dcr包括：

获取所述光伏电池的直流电压V_dc；

依据MPPT最大功率点追踪算法确定所述光伏电池的参考电压；

将所述参考电压和所述直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。

优选的，在上述方法中，所述确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差包括：

根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；

根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；

利用公式计算所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

优选的，在上述方法中，所述根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q，包括：将所述电网电压信号V_α滞后90°，获得电压信号V_β；将所述并网电流信号i_α滞后90°，获得电流信号i_β；利用公式Q＝V_β*i_α-V_α*i_β，计算无功功率Q；

所述根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S，包括：计算电网电压信号V_α的有效值V_RMS；计算并网电流信号i_α的有效值I_RMS；利用公式S＝V_RMS*I_RMS，计算视在功率S。

本发明还公开一种交流旁路单相光伏逆变器的控制装置，所述交流旁路单相光伏逆变器连接于光伏电池和交流电网之间，所述交流旁路单相光伏逆变器包括第一功率开关管至第六功率开关管，其中第一功率开关管至第四功率开关管为桥臂功率开关管，第五功率开关管和第六功率开关管为交流旁路功率开关管，所述控制装置包括：

信号获取单元，用于获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α；

相位差确定单元，用于确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

初相角确定单元，用于计算所述相位差和参考相位的和值，对所述和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ；

正弦信号发生单元，用于生成单位正弦信号，所述单位正弦信号的频率与所述交流电网的频率相同、初相角为θ；

参考电流峰值确定单元，用于获取直流参考电压V_dcr，对所述直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi；

参考电流确定单元，用于将所述参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref；

调制波发生单元，用于确定所述交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算所述参考电流i_ref和所述并网电流i的差值，对所述差值进行PI控制，获得调制波i_m；

第一开关信号发生单元，用于比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至所述第一至第四功率开关管的控制端；

第二开关信号发生单元，用于对所述并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用所述电流同步信号i_syn生成所述第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至所述第五功率开关管和第六功率开关管。

优选的，上述控制装置中，所述第一开关信号发生单元包括：

锁相模块，用于对所述调制波im进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn；

整形模块，用于对所述调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m，其中，当所述调制波同步信号i_msyn高于零电位时，所述第一信号S_1m为高电平、所述第二信号/S_1m为低电平，当所述调制波同步信号i_msyn低于零电位时，所述第一信号S_1m为低电平、所述第二信号/S_1m为高电平；

比较模块，用于比较所述调制波i_m与所述载波获得第四信号S_14m，其中，当所述调制波i_m高于所述载波时，所述第四信号S_14m为高电平，当所述调制波i_m低于所述载波时，所述第四信号S_14m为低电平；

第一信号发生模块，用于获取所述调制波i_m的反相信号，比较所述反相信号与所述载波获得第三信号S_23m，其中，当所述反相信号高于所述载波时，所述第三信号S_23m为高电平，当所述反相信号低于所述载波时，所述第三信号S_23m为低电平；

第二信号发生模块，用于将所述第一信号S_1m和所述第四信号S_14m进行与运算，生成所述第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将所述第二信号/S_1m和所述第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

优选的，上述控制装置中，所述参考电流峰值确定单元包括参考电流峰值确定模块；

所述参考电流峰值确定模块获取所述光伏电池的直流电压V_dc，依据MPPT最大功率点追踪算法确定所述光伏电池的参考电压，将所述参考电压和所述直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。

优选的，上述控制装置中，所述相位差确定单元包括：

无功功率确定模块，用于根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；

视在功率确定模块，用于根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；

相位差确定模块，用于利用公式计算所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

本发明还公开一种交流旁路单相光伏逆变器，包括上述任意一种控制装置。

由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的交流旁路单相光伏逆变器的控制方法和控制装置，利用并网电流信号和电网电压信号之间的相位差对调制波的相位进行闭环调整，以使得并网电流信号与电网电压信号保持某一定值相位差，锁相并网电流信号的相位来控制交流旁路功率开关管，从而使得交流旁路功率开关管在电流过零时进行开关切换，不中断并网电流，减小甚至消除电流的过零点畸变，并且交流旁路单相光伏逆变器能够发出任意角度的无功电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为HERIC主电路拓扑的示意图；

图2为H6主电路拓扑的示意图；

图3为光伏逆变器的等效原理图；

图4为光伏逆变器的相位关系示意图；

图5为本发明公开的一种交流旁路单相光伏逆变器的控制方法的流程图；

图6为基于相位差闭环控制生成单位正弦信号的原理框图；

图7为基于单位正弦信号生成调制波的原理框图；

图8为图1所示HERIC主电路拓扑发生直流短路时的电流路径示意图；

图9为生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号的一种方法的流程图；

图10为生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号的另一种方法的原理框图；

图11为基于传统控制方法产生的开关信号以及并网电流的仿真波形图；

图12为基于本发明公开的控制方法产生的开关信号以及并网电流的仿真波形图；

图13为分别按照电网电压的相位控制旁路开关和按照并网电流的相位控制旁路开关的情况下，所产生的无功电流的仿真波形；

图14为基于传统控制方法和本发明公开的控制方法产生的相位差的示意图；

图15为参考电流为20A时，基于传统控制方法和本发明公开的控制方法产生的并网电流的波形图；

图16为参考电流为50A时，基于传统控制方法和本发明公开的控制方法产生的并网电流的波形图；

图17为本发明公开的一种交流旁路单相光伏逆变器的控制装置的结构示意图；

图18为本发明公开的第一开关信号发生单元的结构示意图。

具体实施方式

光伏逆变器的并网工作原理可以等效为：一个相位可控的电流源经过一个电抗器L(其内阻可以忽略)和一个电压源注入交流电网，如图3所示。若要保证电网电压和并网电流同相，则电流源在电抗器L前端产生的电压要超前电网电压这样最终与电抗器上的电压合成矢量是同相的，如图4所示。

电压的相位由调制波决定，而目前调制波是根据电网电压的相位输出的。但由于PI调制器、离散化等多种因素会造成调制波的相位相对于电网电压的相位滞后，使得调制波超前相位达不到要求，从而导致并网电流并不能保持与电网电压严格同相。但是，旁路功率开关是按照电网电压的相位控制的，因此旁路功率开关进行开关切换时会破坏并网电流的连续性，使电流迅速减小到0，产生畸变。

为了解决上述电流畸变的问题，调制波需要再提前一定的相位，才能使得光伏电池产生的直流电压通过功率开关管加在电抗器L上的并网电流与电网电压同相位，旁路功率开关在并网电流过零时切换，减小电流畸变的程度，甚至消除电流畸变。

根据电网电压的相位输出的调制波的相位是一个开环给定，实际运行时，调制波的相位超前补偿角度应该随着输出电流大小、光伏逆变器的阻抗等因素波动，并不能补偿一个固定值，因此调制波提前的相位也是变化的。因此需要控制电压电流的相位差，并锁相并网电流相位来避免电流过零点畸变。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的交流旁路单相光伏逆变器连接于光伏电池和交流电网之间，包括第一功率开关管至第六功率开关管，其中第一功率开关管至第四功率开关管为桥臂功率开关管，第五功率开关管和第六功率开关管为交流旁路功率开关管，具体结构请参见图1和图2。

参见图5，图5为本发明公开的一种交流旁路单相光伏逆变器的控制方法的流程图。该方法包括：

步骤S1：获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α。

并网电流信号i_α指的是，流经交流旁路单相光伏逆变器中电感C的电流信号。

步骤S2：确定电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

步骤S3：计算相位差和参考相位的和值，对和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ。

其中，参考相位可以依据功率因数、无功比例等参数确定，与光伏系统的控制策略相关。

步骤S4：生成单位正弦信号，单位正弦信号的频率与交流电网的频率相同、初相角为θ。

步骤S5：获取直流参考电压V_dcr，对直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi。

实施中，可以获取光伏电池的直流电压V_dc作为直流参考电压V_dcr。

步骤S6：将参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref。

步骤S7：确定交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算参考电流i_ref和并网电流i的差值，对差值进行PI控制，获得调制波i_m。

步骤S8：比较调制波i_m和载波，生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至第一至第四功率开关管的控制端。

步骤S9：对并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用电流同步信号i_syn生成第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至第五功率开关管和第六功率开关管。

本发明公开的交流旁路单相光伏逆变器的控制方法，利用并网电流信号和电网电压信号之间的相位差对调制波的相位进行闭环调整，以使得并网电流信号与电网电压信号保持某一定值相位差，锁相并网电流信号的相位来控制交流旁路功率开关管，从而使得交流旁路功率开关管在电流过零时进行开关切换，不中断并网电流，减小甚至消除电流的过零点畸变，并且交流旁路单相光伏逆变器能够发出任意角度的无功电流。

作为一种优选实施方式，在图1所示方法中，获取直流参考电压V_dcr还可以采用其他方式。例如：获取光伏电池的直流电压V_dc；依据MPPT最大功率点追踪算法确定光伏电池的参考电压；将参考电压和直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。这里需要说明的是，最大功率点追踪是较为成熟的技术，本发明中可以采用任意一种现有的算法确定光伏电池的参考电压，以使得光伏电池输出最大功率。图7为基于单位正弦信号生成调制波的原理框图。

另外，在图1所示方法中，确定电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差包括：根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；利用公式计算电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

作为一种优选实施方式，根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q，包括：将电网电压信号V_α滞后90°，获得电压信号V_β；将并网电流信号i_α滞后90°，获得电流信号i_β；利用公式Q＝V_β*i_α-V_α*i_β，计算无功功率Q。根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S，包括：计算电网电压信号V_α的有效值V_RMS；计算并网电流信号i_α的有效值I_RMS；利用公式S＝V_RMS*I_RMS，计算视在功率S。确定无功功率Q和视在功率S的过程可参见图6所示。

具体实施中，通过比较调制波i_m和载波生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，可以采用传统方式。但是申请人发现，依据传统方式生成的开关信号作用于第一功率开关管至第四功率开关管后，交流旁路单相光伏逆变器可能会出现直流短路现象。图8示出了HERIC主电路拓扑发生直流短路时的电流路径。

研究发现，导致交流旁路单相光伏逆变器出现直流短路现象的原因在于：交流旁路单相光伏逆变器中位于同一桥臂的功率开关管的开关时间超过了半个电网周期。

本发明公开一种生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号的方法，以消除交流旁路单相光伏逆变器出现直流短路的现象。参见图9，图9为生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号的一种方法的流程图。包括：

步骤S81：对调制波i_m进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn。

步骤S82：对调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m。其中，当调制波同步信号i_msyn高于零电位时，第一信号S_1m为高电平、第二信号/S_1m为低电平，当调制波同步信号i_msyn低于零电位时，第一信号S_1m为低电平、第二信号/S_1m为高电平。

步骤S83：比较调制波i_m与载波获得第四信号S_14m。其中，当调制波i_m高于载波时，第四信号S_14m为高电平，当调制波i_m低于载波时，第四信号S_14m为低电平。

步骤S84：获取调制波i_m的反相信号，比较反相信号与载波获得第三信号S_23m。其中，当反相信号高于载波时，第三信号S_23m为高电平，当反相信号低于载波时，第三信号S_23m为低电平。

步骤S85：将第一信号S_1m和第四信号S_14m进行与运算，生成第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将第二信号/S_1m和第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。其中，第一功率开关管和第四功率开关管位于不同桥臂，第二功率开关管和第三功率开关管位于不同桥臂。

基于本发明图9所示的方法，通过对调制波进行整形，保证了第一功率开关管至第四功率开关管的开关时间不超过半个电网周期，从而避免出现直流短路现象。

实施中，利用电流同步信号i_syn生成第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号可以采用传统方式：将电流同步信号i_syn作为第六功率开关管的开关信号；获取同步信号i_syn的反相信号，将该反相信号作为第五开关管的开关信号。锁相电流同步信号控制交流旁路功率开关管是为了避免过零点畸变。

对电流同步信号i_syn进行整形获得第六信号S₆，其中，当电流同步信号i_syn高于零电位时，第六信号S₆为高电平，当电流同步信号i_syn低于零电位时，第六信号S₆为低电平。获取第六信号S₆的反相信号，将该反相信号作为第五开关信号S₅。其中，第五开关信号S₅传输至第五功率开关管，第六开关信号S₆传输至第六功率开关管。

实施中，可以通过电压比较器实现对信号的整形，通过反相器获取一信号的反相信号。图10示出了一种更为具体的生成第一功率开关管至第六功率开关管的开关信号的方法。这里进行简要说明：

对调制波i_m进行锁相处理，获得调制波同步信号i_msyn。将调制波同步信号i_msyn接入第一电压比较器的正相输入端，该第一电压比较器的反相输入端接地，该第一电压比较器的输出即为第一信号S_1m。将第一信号S_1m接入第一反相器的输入端，该第一反相器的输出即为第二信号/S_1m。将调制波i_m接入第二电压比较器的正相输入端，该第二电压比较器的反相输入端接入载波，该第二电压比较器的输出即为第四信号S_14m。将调制波i_m接入第二反相器的输入端，该第二反相器的输出即为调制波i_m的反相信号，将该反相信号接入第三电压比较器的正相输入端，该第三电压比较器的反相输入端接入载波，则第三电压比较器的输出即为第三信号S_23m。将第一信号S_1m和第四信号S_14m接入第一与门的输入端，第一与门的输出为第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号。将第二信号/S_1m和第三信号S_23m接入第二与门的输入端，第二与门的输出为第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

将电流同步信号i_syn接入第四电压比较器的正相输入端，第四电压比较器的反相输入端接地，则该第四电压比较器的输出即为第六信号S₆。将第六信号S₆接入第三反相器的输入端，该第三反相器的输出即为第五信号S₅。

电流同步信号与调制波整形结合是为了避免过零时直流短路现象。

利用电力电子仿真软件PSIM根据以上方法建立仿真模型仿真。其中，光伏电池用350V直流电源代替，功率开关管用PSIM自带的器件库，表1所示为PSIM仿真参数表。

表1

图11是基于传统控制方法产生的开关信号以及并网电流的仿真波形图。

图12是基于本发明公开的控制方法产生的开关信号以及并网电流的仿真波形图。通过比对可以看到，在调制波过零振荡时，传统控制方法会造成直流短路，形成很大的短路电流，而本发明公开的控制方法则可以消除直流短路。

图13为分别按照电网电压的相位控制旁路开关和按照并网电流的相位控制旁路开关，所产生的无功电流的仿真波形，可见，按照并网电流的相位控制旁路开关能够很好地控制无功电流。

图14、图15和图16是基于电网电压和并网电流的相位差进行闭环控制时的波形。对相位差进行一个周波的平均值滤波处理。由图可见，无相位差闭环控制时，相位差会随并网电流变化，在电流小时，相位滞后比较大，若按电网相位控制旁路，则并网电流过零畸变会较严重，同时这对要求单位功率因数发电时并不利；当并网电流较大时，按照电网相位切换旁路开关，并网电流畸变不明显，但按调制波相位切换旁路开关，并网电流畸变问题无法改善。相位差闭环控制则能够较快消除相位差，避免并网电流过零点畸变，同时还可以实现任意发无功电流。

本发明上述公开了交流旁路单相光伏逆变器的控制方法，相应的，本发明还公开交流旁路单相光伏逆变器的控制装置。

参见图17，图17为本发明公开的一种交流旁路单相光伏逆变器的控制装置的结构示意图。该控制装置包括信号获取单元100、相位差确定单元200、初相角确定单元300、正弦信号发生单元400、参考电流峰值确定单元500、参考电流确定单元600、调制波发生单元700、第一开关信号发生单元800和第二开关信号发生单元900。

其中：

信号获取单元100，用于获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α。并网电流信号i_α指的是，流经交流旁路单相光伏逆变器中电感C的电流信号。

相位差确定单元200，用于确定电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

初相角确定单元300，用于计算相位差和参考相位的和值，对和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ。其中，参考相位可以依据功率因数、无功比例等参数确定，与光伏系统的控制策略相关。

正弦信号发生单元400，用于生成单位正弦信号，单位正弦信号的频率与交流电网的频率相同、初相角为θ。

参考电流峰值确定单元500，用于获取直流参考电压V_dcr，对直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi。实施中，可以获取光伏电池的直流电压V_dc作为直流参考电压V_dcr。

参考电流确定单元600，用于将参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref。

调制波发生单元700，用于确定交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算参考电流i_ref和并网电流i的差值，对差值进行PI控制，获得调制波i_m。

第一开关信号发生单元800，用于比较调制波i_m和载波，生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至第一至第四功率开关管的控制端。

第二开关信号发生单元900，用于对并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用电流同步信号i_syn生成第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至第五功率开关管和第六功率开关管。

本发明公开的交流旁路单相光伏逆变器的控制装置，利用并网电流信号和电网电压信号之间的相位差对调制波的相位进行闭环调整，以使得并网电流信号与电网电压信号保持某一定值相位差，锁相并网电流信号的相位来控制交流旁路功率开关管，从而使得交流旁路功率开关管在电流过零时进行开关切换，不中断并网电流，减小甚至消除电流的过零点畸变，并且交流旁路单相光伏逆变器能够发出任意角度的无功电流。

具体实施中，第一开关信号发生单元800通过比较调制波i_m和载波生成第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，可以采用传统方式。但是申请人发现，依据传统方式生成的开关信号作用于第一功率开关管至第四功率开关管后，交流旁路单相光伏逆变器可能会出现直流短路现象。为了解决这一问题，本发明公开一种第一开关信号发生单元800，其结构如图18所示，包括锁相模块801、整形模块802、比较模块803、第一信号发生模块804和第二信号发生模块805。

其中：

锁相模块801，用于对调制波i_m进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn。

整形模块802，用于对调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m。其中，当调制波同步信号i_msyn高于零电位时，第一信号S_1m为高电平、第二信号/S_1m为低电平，当调制波同步信号i_msyn低于零电位时，第一信号S_1m为低电平、第二信号/S_1m为高电平。

比较模块803，用于比较调制波i_m与载波获得第四信号S_14m。其中，当调制波i_m高于载波时，第四信号S_14m为高电平，当调制波i_m低于载波时，第四信号S_14m为低电平。

第一信号发生模块804，用于获取调制波i_m的反相信号，比较反相信号与载波获得第三信号S_23m。其中，当反相信号高于载波时，第三信号S_23m为高电平，当反相信号低于载波时，第三信号S_23m为低电平。

第二信号发生模块805，用于将第一信号S_1m和第四信号S_14m进行与运算，生成第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将第二信号/S_1m和第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

本发明图18所示的第一开关信号发生单元，通过对调制波进行整形，保证了第一功率开关管至第四功率开关管的开关时间不超过半个电网周期，从而避免出现直流短路现象。

在本发明上述公开的控制装置中，参考电流峰值确定单元500可以采用其他方式确定直流参考电压V_dcr。例如：参考电流峰值确定单元500包括参考电流峰值确定模块。该参考电流峰值确定模块获取光伏电池的直流电压V_dc，依据MPPT最大功率点追踪算法确定光伏电池的参考电压，将参考电压和直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。

在本发明上述公开的控制装置中，相位差确定单元200包括：无功功率确定模块，用于根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；视在功率确定模块，用于根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；相位差确定模块，用于利用公式计算电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

其中，无功功率确定模块根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q，包括：将电网电压信号V_α滞后90°，获得电压信号V_β；将并网电流信号i_α滞后90°，获得电流信号i_β；利用公式Q＝V_β*i_α-V_α*i_β，计算无功功率Q。视在功率确定模块根据电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S，包括：计算电网电压信号V_α的有效值V_RMS；计算并网电流信号i_α的有效值I_RMS；利用公式S＝V_RMS*I_RMS，计算视在功率S。

本发明还公开一种交流旁路单相光伏逆变器，包括本发明上述公开的任意一种控制装置。本发明公开的交流旁路单相光伏逆变器，利用并网电流信号和电网电压信号之间的相位差对调制波的相位进行闭环调整，以使得并网电流信号与电网电压信号保持某一定值相位差，锁相并网电流信号的相位来控制交流旁路功率开关管，从而使得交流旁路功率开关管在电流过零时进行开关切换，不中断并网电流，减小甚至消除电流的过零点畸变，并且能够发出任意角度的无功电流。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种交流旁路单相光伏逆变器的控制方法，所述交流旁路单相光伏逆变器连接于光伏电池和交流电网之间，所述交流旁路单相光伏逆变器包括第一功率开关管至第六功率开关管，其中第一功率开关管至第四功率开关管为桥臂功率开关管，第五功率开关管和第六功率开关管为交流旁路功率开关管，其特征在于，所述方法包括：

获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α；

确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

计算所述相位差和参考相位的和值，对所述和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ；

生成单位正弦信号，所述单位正弦信号的频率与所述交流电网的频率相同、初相角为θ；

获取直流参考电压V_dcr，对所述直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi；

将所述参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref；

确定所述交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算所述参考电流i_ref和所述并网电流i的差值，对所述差值进行PI控制，获得调制波i_m；

比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至所述第一至第四功率开关管的控制端；

对所述并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用所述电流同步信号i_syn生成所述第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至所述第五功率开关管和第六功率开关管，其中，将所述电流同步信号i_syn作为所述第六功率开关管的开关信号，获取所述电流同步信号i_syn的反相信号作为所述第五功率开关管的开关信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，包括：

对所述调制波i_m进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn；

对所述调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m，其中，当所述调制波同步信号i_msyn高于零电位时，所述第一信号S_1m为高电平、所述第二信号/S_1m为低电平，当所述调制波同步信号i_msyn低于零电位时，所述第一信号S_1m为低电平、所述第二信号/S_1m为高电平；

比较所述调制波i_m与所述载波获得第四信号S_14m，其中，当所述调制波i_m高于所述载波时，所述第四信号S_14m为高电平，当所述调制波i_m低于所述载波时，所述第四信号S_14m为低电平；

获取所述调制波i_m的反相信号，比较所述反相信号与所述载波获得第三信号S_23m，其中，当所述反相信号高于所述载波时，所述第三信号S_23m为高电平，当所述反相信号低于所述载波时，所述第三信号S_23m为低电平；

将所述第一信号S_1m和所述第四信号S_14m进行与运算，生成所述第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将所述第二信号/S_1m和所述第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取直流参考电压V_dcr包括：

获取所述光伏电池的直流电压V_dc；

依据MPPT最大功率点追踪算法确定所述光伏电池的参考电压；

将所述参考电压和所述直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差包括：

根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；

根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；

利用公式计算所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q，包括：将所述电网电压信号V_α滞后90°，获得电压信号V_β；将所述并网电流信号i_α滞后90°，获得电流信号i_β；利用公式Q＝V_β*i_α-V_α*i_β，计算无功功率Q；

所述根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S，包括：计算电网电压信号V_α的有效值V_RMS；计算并网电流信号i_α的有效值I_RMS；利用公式S＝V_RMS*I_RMS，计算视在功率S。

6.一种交流旁路单相光伏逆变器的控制装置，所述交流旁路单相光伏逆变器连接于光伏电池和交流电网之间，所述交流旁路单相光伏逆变器包括第一功率开关管至第六功率开关管，其中第一功率开关管至第四功率开关管为桥臂功率开关管，第五功率开关管和第六功率开关管为交流旁路功率开关管，其特征在于，所述控制装置包括：

信号获取单元，用于获取电网电压信号V_α和并网电流信号i_α；

相位差确定单元，用于确定所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差

初相角确定单元，用于计算所述相位差和参考相位的和值，对所述和值进行PI比例积分控制，获得初相角θ；

正弦信号发生单元，用于生成单位正弦信号，所述单位正弦信号的频率与所述交流电网的频率相同、初相角为θ；

参考电流峰值确定单元，用于获取直流参考电压V_dcr，对所述直流参考电压V_dcr进行PI控制，获得参考电流峰值U_pi；

参考电流确定单元，用于将所述参考电流峰值U_pi与单位正弦信号相乘得到参考电流i_ref；

调制波发生单元，用于确定所述交流旁路单相光伏逆变器的并网电流i，计算所述参考电流i_ref和所述并网电流i的差值，对所述差值进行PI控制，获得调制波i_m；

第一开关信号发生单元，用于比较所述调制波i_m和载波，生成所述第一功率开关管至第四功率开关管的开关信号，并传输至所述第一至第四功率开关管的控制端；

第二开关信号发生单元，用于对所述并网电流信号i_α进行锁相处理获取电流同步信号i_syn，利用所述电流同步信号i_syn生成所述第五功率开关管和第六功率开关管的开关信号，并传输至所述第五功率开关管和第六功率开关管，其中，将所述电流同步信号i_syn作为所述第六功率开关管的开关信号，获取所述电流同步信号i_syn的反相信号作为所述第五功率开关管的开关信号。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一开关信号发生单元包括：

锁相模块，用于对所述调制波i_m进行锁相处理获得调制波同步信号i_msyn；

整形模块，用于对所述调制波同步信号i_msyn进行整形获得第一信号S_1m和第二信号/S_1m，其中，当所述调制波同步信号i_msyn高于零电位时，所述第一信号S_1m为高电平、所述第二信号/S_1m为低电平，当所述调制波同步信号i_msyn低于零电位时，所述第一信号S_1m为低电平、所述第二信号/S_1m为高电平；

比较模块，用于比较所述调制波i_m与所述载波获得第四信号S_14m，其中，当所述调制波i_m高于所述载波时，所述第四信号S_14m为高电平，当所述调制波i_m低于所述载波时，所述第四信号S_14m为低电平；

第一信号发生模块，用于获取所述调制波i_m的反相信号，比较所述反相信号与所述载波获得第三信号S_23m，其中，当所述反相信号高于所述载波时，所述第三信号S_23m为高电平，当所述反相信号低于所述载波时，所述第三信号S_23m为低电平；

第二信号发生模块，用于将所述第一信号S_1m和所述第四信号S_14m进行与运算，生成所述第一功率开关管和第四功率开关管的开关信号，将所述第二信号/S_1m和所述第三信号S_23m进行与运算，生成第二功率开关管和第三功率开关管的开关信号。

8.根据权利要求6或7所述的控制装置，其特征在于，所述参考电流峰值确定单元包括参考电流峰值确定模块；

所述参考电流峰值确定模块获取所述光伏电池的直流电压V_dc，依据MPPT最大功率点追踪算法确定所述光伏电池的参考电压，将所述参考电压和所述直流电压V_dc的差值确定为直流参考电压V_dcr。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述相位差确定单元包括：

无功功率确定模块，用于根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算无功功率Q；

视在功率确定模块，用于根据所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α计算视在功率S；

相位差确定模块，用于利用公式计算所述电网电压信号V_α和并网电流信号i_α之间的相位差。

10.一种交流旁路单相光伏逆变器，其特征在于，包括如权利要求6至9中任一项所述的控制装置。