CN104868493B - 逆变装置及其控制方法 - Google Patents

逆变装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种逆变装置及其控制方法。所述逆变装置包括逆变电路、电容以及控制电路;逆变电路接收直流输入电源,用以将直流输入电源转换为交流输出电源,其中所述交流输出电源的交流输出电流预设为预设输出电流,电容并接于逆变电路的输出端;而控制电路耦接逆变电路,用以控制逆变电路的电源转换,其中控制电路将相位超前于预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至预设输出电流,藉以控制逆变电路调整交流输出电流,并且将调整后的交流输出电流提供给电网。

Description

逆变装置及其控制方法
技术领域
本发明是有关于一种电源转换技术,且特别是有关于一种逆变装置及其控制方法。
背景技术
一般用于光伏并网系统的逆变装置中,会在逆变装置的后端设置一个电磁干扰(EMI)滤波电路与电网连接,所以光伏并网系统利用直流转交流的逆变装置将光伏组件的直流电源转换为交流电源后,会输出交流电流至EMI滤波电路以进行滤波后提供给电网。
所述EMI滤波电路通常会设置有一安规电容(即,X电容)来进行滤波。然而,此安规电容虽可滤除高频的电磁干扰,但同时也可能造成逆变装置所输出的交流电流其中有部分被安规电容所消耗(即,安规电容的虚部电流),从而造成电网所接收到的交流电流与逆变装置所输出的交流电流的振幅/相位不匹配,导致逆变装置的功率因数降低。
发明内容
本发明提供一种逆变装置及其控制方法,其可补偿安规电容所造成的电流损耗(虚功),从而提高逆变装置的功率因数。
本发明的逆变装置包括逆变电路、电容以及控制电路;逆变电路接收直流输入电源,用以将直流输入电源转换为交流输出电源,其中交流输出电源的交流输出电流预设为预设输出电流;电容并接于逆变电路的输出端;控制电路耦接逆变电路,用以控制逆变电路的电源转换;控制电路将相位超前于预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至预设输出电流,藉以控制逆变电路调整交流输出电流,并且将调整后的交流输出电流提供给电网。
在本发明一实施例中,预设电容补偿电流是依据逆变电路的工作频率与电容的电容值所决定。
在本发明一实施例中,预设电容补偿电流的相位实质上超前预设输出电流90度,并且与流经电容的电流实质上具有相同的振幅。
在本发明一实施例中,电网所接收到的交流输出电流实质上等同于预设输出电流。
在本发明一实施例中,控制电路包括第一信号产生器、第二信号产生器、加法器以及控制器。第一信号产生器用以存储对应于预设输出电流的相位特性的第一查找表,并且依据第一查找表产生指示预设输出电流的第一电流信号。第二暂存器用以存储对应于预设电容补偿电流的相位特性的第二查找表与指示预设电容补偿电流的振幅强度的电流命令,并且依据第二查找表与电流命令产生指示预设电容补偿电流的第二电流信号。加法器接收第一电流信号与第二电流信号,藉以产生指示预设输出电流与预设电容补偿电流的叠加的参考电流。控制器耦接加法器与逆变电路,并且取样交流输出电流。控制器比较交流输出电流与参考电流,以产生相应的控制信号来控制逆变电路的开关责任周期,藉以将交流输出电流的波形调整为参考电流的波形。
本发明的逆变装置的控制方法包括以下步骤:接收直流输入电源;将直流输入电源转换为交流输出电源,其中交流输出电源的交流输出电流预设为预设输出电流;将调整后的交流输出电流提供给电网。
在本发明一实施例中,通过控制电路将相位超前于预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至预设输出电流,藉以控制逆变电路调整交流输出电流的步骤包括:依据第一查找表产生指示预设输出电流的第一电流信号,其中第一查找表指示预设输出电流的相位特性;依据第二查找表与电流命令产生指示预设电容补偿电流的第二电流信号,其中第二查找表指示预设电容补偿电流的相位特性并且电流命令指示预设电容补偿电流的振幅强度;以及依据第一电流信号与第二电流信号产生指示预设输出电流与预设电容补偿电流的叠加的参考电流。
在本发明一实施例中,通过控制电路将相位超前于预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至预设输出电流,藉以控制逆变电路调整交流输出电流的步骤还包括:比较交流输出电流与参考电流,据以产生控制信号;以及以控制信号控制逆变电路的开关责任周期,藉以控制逆变电路将交流输出电流的波形调整为参考电流的波形。
基于上述,本发明实施例提出一种逆变装置及其控制方法。所述逆变装置可通过提供包含有预设输出电流成分与预设电容补偿电流成分的交流输出电流给后端的电网,其中预设电容补偿电流可用来补偿安规电容的虚部电流,使得电网实际接收到的交流输出电流可实质上等同于预设输出电流,进而提高逆变电路的功率因数。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的逆变装置的结构示意图;
图2为本发明一实施例的交流输出电流的电流波形图;
图3为本发明一实施例的控制电路的结构示意图;
图4为本发明一实施例的逆变装置的控制方法的流程图;
图5为本发明另一实施例的逆变装置的控制方法的流程图。
附图标记说明:
100:逆变装置;
110:逆变电路;
120:电容;
130:控制电路;
132、134:信号产生器;
136:加法器;
138:控制器;
ACout:交流输出电源;
C:控制信号;
DCin:直流输入电源;
CF:电流命令;
EG:电网;
Iin:直流输入电流;
Icx:虚部电流;
Icx’:预设电容补偿电流;
Io’:交流输出电流;
Io:预设输出电流;
IREF:参考电流;
LT1、LT2:查找表;
Si1、Si2:电流信号;
S210~S240、S231~S234:步骤;
VAC:交流输出电压;
Vin:直流输入电压。
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了,以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外,凡可能之处,在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤,代表相同或类似部件。
图1为本发明一实施例的逆变装置的结构示意图。请参照图1,本实施例的逆变装置100可应用于光伏并网系统(未示出)中。逆变装置100可从前端的光伏组件(photovoltaic module,未示出)接收直流输入电源DCin(包括直流输入电压Vin与直流输入电流Iin),并且将所接收的直流输入电源DCin转换为交流输出电源ACout(包括交流输出电压VAC与交流输出电流Io’)给后端的电网EG。
具体而言,逆变装置100包括逆变电路110、电容120以及控制电路130。逆变电路110接收直流输入电源DCin,并且用以将直流输入电源DCin转换为交流输出电源ACout。其中,所述逆变电路110的电路组态可例如为半桥非对称式、半桥对称式、全桥式或其他可行的逆变电路组态,本发明不对此加以限制。另外,本实施例的电容120可为一安规电容(例如:X电容)或其他类型的电容。
电容120并接于逆变装置100的输出端,其可作为高频放电路径,藉以滤除交流输出电源ACout中可能存在的噪声。控制电路130耦接逆变电路110,用以控制逆变电路110的电源转换,所述控制信号C可例如为用以控制逆变电路110的切换周期的一脉宽调变信号(PWM signal),但本发明不以此为限。
详细而言,在逆变电路110进行电源转换的期间,控制电路130会产生控制信号C来控制逆变电路110的开关责任周期,藉以控制逆变电路110所产生交流输出电源ACout中的交流输出电流Io’的大小。在本实施例中,控制电路130会通过调变控制信号C来将相位超前于预设输出电流Io的预设电容补偿电流Icx’叠加至预设输出电流Io上,藉以控制逆变电路110调整交流输出电流Io’,并且将调整后的交流输出电流Io’提供给后端的电网EG。其中,调整后的交流输出电流Io’可以如公式(1)所示:
Io’=Io+Icx’ (1)
在本实施例中,叠加至预设输出电流Io的预设电容补偿电流Icx’的大小是依据逆变电路110的工作频率与电容120的电容值所决定。换言之,设计者可预先地依据逆变电路110的工作频率与电容120的电容值计算出流经电容120的虚部电流Icx的振幅,再依据所述虚部电流Icx设定对应的控制信号C,藉以叠加对应于虚部电流Icx的预设电容补偿电流Icx’至逆变电路110的预设输出电流Io上。
更具体地说,预设输出电流Io与预设电容补偿电流Icx’的波形可如图2(图2为本发明一实施例的交流输出电流的电流波形图)所示。其中,预设输出电流Io与预设电容补偿电流Icx’分别具有弦波形式。此外,所计算出的预设电容补偿电流Icx’会设计为与流经电容120的虚部电流Icx具有相同相位与振幅。换言之,预设电容补偿电流Icx’的相位实质上会超前预设输出电流Io约90度。
通过提供包含有预设输出电流Io成分与预设电容补偿电流Icx’成分的交流输出电流Io’,其中预设电容补偿电流Icx’可用来补偿电容120的虚部电流Icx,使得电网EG实际接收到的交流输出电流Io’可实质上等同于预设输出电流Io,进而提高逆变电路110的功率因数。其中,电网EG实际接收到的交流输出电流Io’可以如公式(2)所示:
Io’=Io+Icx’-Icx (2)
为了更具体地说明控制电路130如何控制逆变电路110产生包含有预设输出电流Io成分与预设电容补偿电流Icx’成分的交流输出电流Io’,以下以图3来说明控制电路130的具体实施范例。其中,图3为本发明一实施例的控制电路的结构示意图。
请参照图3,在本实施例中,控制电路130包括信号产生器132与134、加法器136以及控制器138。信号产生器132用以存储对应于预设输出电流Io的相位特性的查找表LT1,并且信号产生器134用以存储对应于预设电容补偿电流Icx’的相位特性的查找表LT2与电流命令CF。其中,所述查找表LT1可例如包含预设输出电流Io在不同时间点下的电流大小信息,而所述查找表LT2可例如包含预设电容补偿电流Icx’在不同时间点下的单位电流大小信息。而所述电流命令CF是指示预设电容补偿电流Icx’的振幅强度,其可依据逆变电路110的工作频率与电容120的电容值来设定。
在本实施例中,信号产生器132会依据查找表LT1产生指示预设输出电流Io的电流信号Si1,并且信号产生器134会依据查找表LT2与电流命令CF产生指示预设电容补偿电流Icx’的电流信号Si2。
加法器136耦接信号产生器132与134,用以接收信号产生器132与134所产生的电流信号Si1与Si2,藉以将预设输出电流Io与预设电容补偿电流Icx’叠加在一起,并产生指示预设输出电流Io与预设电容补偿电流Icx’的叠加的参考电流IREF。
控制器138耦接加法器136与逆变电路110的输出端,以接收参考电流IREF并且取样交流输出电流Io’。其中,控制器138会比较交流输出电流Io’与参考电流IREF,以产生相应的控制信号C来控制逆变电路110的开关责任周期,藉以将交流输出电流Io’的波形调整为参考电流IREF的波形。
图4为本发明一实施例的逆变装置的控制方法的流程图。所述控制方法可应用于如图1或图3所示出的逆变装置100与控制电路130(但不仅限于此)。所述控制方法包括以下步骤:首先,逆变电路110会接收直流输入电源DCin(步骤S210);通过逆变电路110将直流输入电源DCin转换为交流输出电源ACout,其中交流输出电源ACout中的交流输出电流Io’预设为预设输出电流Io(步骤S220);在逆变电路110运作的过程中,控制电路130会将相位超前于预设输出电流Io的预设电容补偿电流Icx’叠加至预设输出电流Io上,藉以控制逆变电路110调整交流输出电流Io’(步骤S230);以及将调整后的交流输出电流Io’提供给后端的电网(步骤S240)。
更具体地说,请参照图5(图5为本发明另一实施例的逆变装置的控制方法的流程图),在本实施例的控制逆变电路110调整交流输出电流Io’的动作中(步骤S230),其具体控制步骤流程如下:依据第一查找表(如LT1)产生指示预设输出电流Io的电流信号Si1(步骤S231);依据第二查找表(如LT2)与电流命令CF产生指示预设电容补偿电流Icx’的第二电流信号Si2(步骤S232);依据第一电流信号Si1与第二电流信号Si2产生指示预设输出电流Io与预设电容补偿电流Icx’的叠加的参考电流IREF(步骤S233);比较交流输出电流Io’与参考电流IREF,据以产生控制信号C(步骤S234);以及以控制信号C控制逆变电路(如110)的开关责任周期,藉以控制逆变电路将交流输出电流Io’的波形调整为参考电流IREF的波形(步骤S235)。
其中,图4与图5实施例所述的控制方法可根据前述图1至图3的说明而获得充足的支持与教示,故相似或重复的内容在此不再赘述。
综上所述,本发明实施例提出一种逆变装置及其控制方法。所述逆变装置可通过提供包含有预设输出电流成分与预设电容补偿电流成分的交流输出电流给后端的电网,其中预设电容补偿电流可用来补偿安规电容的虚部电流,使得电网实际接收到的交流输出电流可实质上等同于预设输出电流,进而提高逆变电路的功率因数。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种逆变装置,其特征在于,包括:
逆变电路,接收直流输入电源,用以将该直流输入电源转换为交流输出电源,其中该交流输出电源的交流输出电流预设为预设输出电流;
电容,并接于该逆变电路的输出端;以及
控制电路,耦接该逆变电路,用以控制该逆变电路的电源转换,其中该控制电路将相位超前于该预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至该预设输出电流,藉以控制该逆变电路调整该交流输出电流,并且将调整后的交流输出电流提供给电网,其中该控制电路包括:
第一信号产生器,用以存储对应于该预设输出电流的相位特性的第一查找表,并且依据该第一查找表产生指示该预设输出电流的第一电流信号;
第二信号产生器,用以存储对应于该预设电容补偿电流的相位特性的第二查找表与指示该预设电容补偿电流的振幅强度的电流命令,并且依据该第二查找表与该电流命令产生指示该预设电容补偿电流的第二电流信号;
加法器,接收该第一电流信号与该第二电流信号,藉以产生指示该预设输出电流与该预设电容补偿电流的叠加的参考电流;以及
控制器,耦接该加法器与该逆变电路,并且取样该交流输出电流,其中该控制器比较该交流输出电流与该参考电流,以产生相应的控制信号来控制该逆变电路的开关责任周期,藉以将该交流输出电流的波形调整为该参考电流的波形,
其中该电网所接收到的交流输出电流实质上等同于该预设输出电流,
其中该预设电容补偿电流与流经该电容的电流实质上具有相同的振幅。
2.根据权利要求1所述的逆变装置,其特征在于,该预设电容补偿电流是依据该逆变电路的工作频率与该电容的电容值所决定。
3.根据权利要求1所述的逆变装置,其特征在于,该预设电容补偿电流的相位实质上超前该预设输出电流90度。
4.一种逆变装置的控制方法,其特征在于,该逆变装置包括逆变电路、电容以及控制电路,该控制方法包括:
接收直流输入电源;
将该直流输入电源转换为交流输出电源,其中该交流输出电源的交流输出电流预设为预设输出电流;
通过该控制电路将相位超前于该预设输出电流的预设电容补偿电流叠加至该预设输出电流,藉以控制该逆变电路调整该交流输出电流,包括:
依据第一查找表产生指示该预设输出电流的第一电流信号,其中该第一查找表指示该预设输出电流的相位特性;
依据第二查找表与电流命令产生指示该预设电容补偿电流的第二电流信号,其中该第二查找表指示该预设电容补偿电流的相位特性并且该电流命令指示该预设电容补偿电流的振幅强度;
依据该第一电流信号与该第二电流信号产生指示该预设输出电流与该预设电容补偿电流的叠加的参考电流;
比较该交流输出电流与该参考电流,据以依据该参考电流产生控制信号;以及
以该控制信号控制该逆变电路的开关责任周期,藉以控制该逆变电路将该交流输出电流的波形调整为该参考电流的波形;以及
将调整后的交流输出电流提供给电网,
其中该电网所接收到的交流输出电流实质上等同于该预设输出电流,
其中该预设电容补偿电流与流经该电容的电流实质上具有相同的振幅。
5.根据权利要求4所述的逆变装置的控制方法,其特征在于,该预设电容补偿电流是依据该逆变电路的工作频率与该电容的电容值所决定。
6.根据权利要求4所述的逆变装置的控制方法,其特征在于,该预设电容补偿电流的相位实质上超前该预设输出电流90度。
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