CN107276116B - 一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，包括以下步骤：步骤一，根据市电过零和市电周期计算一个参考的正弦电流Iref(t)，其幅值由设置的功率Pset和市电电压有效值Vrms确定，计算公式为：步骤二，设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值；步骤三，合理选择比例积分参数(即占空比D1和D2)，使电感电流跟随参考电流；将控制芯片(DSP)将自动插入死区，以避免Q1/Q3、Q2/Q4两管出现共通。针对这种带死区补偿的逆变器，步骤三选择占空比的方案是：VAC大于零(正半周)，Q1占空比D1设计为：VAC小于零(负半周)，Q2的占空比D2设计为：其中，Vbus为逆变器输入直流电压。

Description

一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法
技术领域
本发明涉及光伏逆变器领域，尤其涉及的是一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法。
背景技术
目前，储能逆变器一般和电网相连，并网发电或者从电网吸收能量进行储能充电，要求极高的PF值和极小的电流谐波，以减少逆变器对电网的污染；但现在逆变器一般的电流谐波失真<5％(偏高)，且现有与电网连接的逆变器结构及其控制方法，还是比较复杂，效率较低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，旨在解决现有与电网连接的逆变器控制方法比较复杂，效率较低，控制不够简洁，以及电流谐波失真不够低的技术问题。
本发明的技术方案如下：一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，该控制器包括6个IGBT，分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，所述Q1、Q3、和Q5串联连接，所述Q2、Q4和Q6串联连接；所述Q1、Q3、Q5串联后与串联后Q2、Q4、Q6并联连接；所述Q1和Q3互补工作，Q2和Q4互补工作，Q6与Q1共驱动，Q5与Q2共驱动；通过电感L1和L2与市电连接；
该逆变器的控制模型分析如下：
1、光伏逆变器连接的市电中电感L1/L2中的电流变化为：
其中Vline为市电电压；
2、设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值；
3、将方程(2)代入方程(1)后得到方程式：
这样便实现了电流的比例积分控制，合理选择比例积分参数，使电感电流跟随参考电流；
其中，参考的正弦电流Iref(t)，其幅值由设置的功率Pset和市电电压有效值Vrms确定。当设置功率为正，进行并网发电，电感电流与市电电压方向相同。当设置功率为负，进行储能充电，电感电流与市电电压方向相反，
计算公式为：
具体占空比为：根据VAC的值，确定Q1、Q2的占空比，以获得期望的电感电流；具体如下：
VAC大于零(正半周)，Q1占空比D1设计为(此时Q2断开，D2＝0)：
VAC小于零(负半周)，Q2的占空比D2设计为(此时Q1断开，D1＝0)：
其中，VBUS为逆变器输入直流电压。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，还包括控制芯片(DSP)自动插入死区，以避免Q1/Q3、Q2/Q4两管出现共通。死区插入原理如图2所示。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，所述控制模型1中电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，所述控制模型1中L为L1/L2的感值，两者相等。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，所述控制模型3中，在并网发电时，参考电流与市电电压同相位，逆变器对电网释放能量；在储能充电时，参考电流与市电电压反相，逆变器从电网吸收能量。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，在并网发电时，以正半周为例：Q1、Q6导通，电感电流增大；Q1、Q6关闭，电感电流减小，为了消除死区对电流增大的影响，需要增大Q1的驱动。同理，在负半周，要增加Q2的驱动。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，在并网发电时：
当VAC大于零，
当VAC小于零，
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其中，在储能充电时，以正半周为例：Q3，Q4导通时，电感电流增加；Q1、Q6导通，电感电流减小，为了消除死区对电流增大的影响，需要减小Q1的驱动。同理，在负半周，要减小Q2的驱动。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，在储能充电时：
当VAC大于零，
当VAC小于零，
这样可消除DSP自动插入死区对电流的影响，既避免Q1/Q3、Q2/Q4两管出现共通，又能达到降低电流谐波失真、提高PF值的目的。
有益效果：本发明通过并网发电和储能工作时，市电电压正半周，Q1/Q3进行PWM调制，Q2断开，Q4长通；在市电电压负半周，Q2/Q4进行PWM调制，Q1断开，Q3长通。无论是并网发电，还是给蓄电池充电，市电中电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反，以达到高输入功率因数(PF)值，降低电流谐波失真(THDi)的目的；同时通过根据市电过零和市电周期计算一个参考的正弦电流Iref(t)和设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值，实现了电感电流的比例积分控制，通过合理选择比例积分参数，使电感电流跟随参考电流；并且无论充电和放电，共用一个控制器参数；只是并网发电时，参考电流与市电电压同相位，逆变器对电网释放能量；储能充电时，参考电流与市电电压反相，逆变器从电网吸收能量；实现了可以用同一种算法实现并网发电及储能充电，控制过程十分简洁。
附图说明
图1是本发明中光伏逆变器的电路图。
图2是本发明中死区补偿示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器，该控制器包括6个IGBT，分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，所述Q1、Q3、和Q5串联连接，所述Q2、Q4和Q6串联连接；所述Q1、Q3、Q5串联后与串联后Q2、Q4、Q6并联连接；所述Q1和Q3互补工作，Q2和Q4互补工作，Q6与Q1共驱动，Q5与Q2共驱动；所述光伏逆变器通过电感L1和L2与市电连接。
因此，在并网发电和储能工作时，市电电压正半周，Q1/Q3进行PWM调制，Q2断开，Q4长通。市电电压负半周，Q2/Q4进行PWM调制，Q1断开，Q3长通。
无论是并网发电，还是给蓄电池充电，希望电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反，以达到高输入功率因数(PF)值，低电流谐波失真(THDi)的目的。
如图2所示，本发明公开了一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其包括以下步骤：
步骤一，根据市电过零和市电周期计算一个参考的正弦电流Iref(t)，其幅值由设置的功率Pset和市电电压有效值Vrms确定，计算公式为：
步骤二，通过实时采样市电电压和电感电流的值，设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值；
步骤三，合理选择比例积分参数(即占空比D1和D2)，使电感电流跟随参考电流；
通过上述的步骤，本发明可实现电感电流的比例积分控制，使电感电流跟随参考电流；所以市电电压的前馈控制方法简单，可以用同一种算法实现并网发电及储能充电，控制过程十分简洁。
进一步说，本发明还包括控制芯片(DSP)自动插入死区，以避免Q1/Q3、Q2/Q4两管出现共通；针对逆变器是并网充电还是储能发电工作方式的不同，合理选择死区时间的补偿，可以极大地改善电流谐波失真，提高逆变器的工作性能。死区插入原理如图2所示；具体来说：
在并网发电时，选择死区时间满足以下关系式：
当VAC大于零，
当VAC小于零，
在储能充电时，选择死区时间满足以下关系式：
当VAC大于零，
当VAC小于零，
进一步说，本发明中电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反。
进一步说，本发明中L为L1/L2的感值，两者相等。
进一步说，本发明中电流电感的比例积分参数由方程式(2)代入方程式(1)后得到方程式：
进一步说，在并网发电时，参考电流与市电电压同相位，逆变器对电网释放能量；在储能充电时，参考电流与市电电压反相，逆变器从电网吸收能量。
进一步说，在并网发电时，以正半周为例：Q1、Q6导通，电感电流增大，Q1、Q6关闭，电感电流减小，增大Q1的驱动。
如图2所示，在市电电压过零处，驱动比较小，死区会使电流增大不足。
并网发电时，以正半周为例：Q1、Q6导通，电感电流增大，Q1、Q6关闭，电感电流下降。RED会吞噬Q1的有效驱动，使得在电压过零处电流上升不足，由于是积分控制，在若干个周期之后，电流又会出现超调，使电感电流谐波失真急剧增大。因此在并网发电时，需要增大Q1的驱动。
储能充电时，以正半周为例，Q3导通时电感电流增大，Q3关闭，电感通过Q1、Q4、Q6续流，电流下降。FED的存在会使Q3有效驱动降低，电流增大时间减少，下降时间增加，实际电流很难在过零处跟随参考电流。因此在储能充电时，需要增大Q3的驱动，即减少Q1的驱动。
上述的RED：Rising edge delay(前沿延迟)；FED：Falling edge delay(下降沿延迟)。
进一步说，在储能充电时，增大Q3的驱动，减少Q1的驱动。
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，在并网发电，当VAC大于零，当VAC小于零，
所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，在储能充电，当VAC大于零，当VAC小于零，
这样针对逆变器是并网充电还是储能发电工作方式的不同，合理选择死区时间的补偿，可以极大地改善电流谐波失真，提高逆变器的工作性能；通过独立的死区补偿，极大地改善了电流谐波，使之小于3％。
本发明通过并网发电和储能工作时，市电电压正半周，Q1/Q3进行PWM调制，Q2断开，Q4长通；在市电电压负半周，Q2/Q4进行PWM调制，Q1断开，Q3长通。无论是并网发电，还是给蓄电池充电，市电中电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反，以达到高输入功率因数(PF)值，降低电流谐波失真(THDi)的目的；同时通过根据市电过零和市电周期计算一个参考的正弦电流Iref(t)和设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值；实现了电感电流的比例积分控制，通过合理选择比例积分参数，使电感电流跟随参考电流；并且无论充电和放电，共用一个控制器参数；只是并网发电时，参考电流与市电电压同相位，逆变器对电网释放能量；储能充电时，参考电流与市电电压反相，逆变器从电网吸收能量；实现了可以用同一种算法实现并网发电及储能充电，控制过程十分简洁。另外，本发明通过市电电压前馈和死区补偿，极大地减少了电流谐波失真，通过独立的死区补偿，极大地改善了电流谐波，使之小于3％。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，该控制器包括6个IGBT，分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，所述Q1、Q3、和Q5串联连接，所述Q2、Q4和Q6串联连接；所述Q1、Q3、Q5串联后与串联后Q2、Q4、Q6并联连接；所述Q1和Q3互补工作，Q2和Q4互补工作，Q6与Q1共驱动，Q5与Q2共驱动；所述光伏逆变器通过电感L1和L2与市电连接；其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据市电过零和市电周期计算一个参考的正弦电流Iref(t)，其幅值由设置的功率Pset和市电电压有效值Vrms确定，计算公式为：
步骤二，设计VAC的值为市电电压前馈值加上电感电流的比例积分控制值：
步骤三，合理选择比例积分参数，使电感电流跟随参考电流；具体为：VAC大于零，Q2断开，D2＝0，Q1占空比D1设计为：
VAC小于零，Q1断开，D1＝0，Q2的占空比D2设计为：
其中，VBUS为逆变器输入直流电压。
2.根据权利要求1所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，还包括控制芯片自动插入死区，避免Q1/Q3、Q2/Q4两管出现共通。
3.根据权利要求2所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述电感L1/L2中的电流波形为正弦，其相位与市电电压相同或完全相反。
4.根据权利要求3所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，所述电感L1/L2的感值相等，等于L。
5.根据权利要求4所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，步骤二中光伏逆变器连接的市电中电感L1/L2中的电流变化为：其中Vline为市电电压；电感电流的比例积分参数由方程代入方程后得到方程：
6.根据权利要求5所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，在并网发电时，参考电流与市电电压同相位，逆变器对电网释放能量；在储能充电时，参考电流与市电电压反相，逆变器从电网吸收能量。
7.根据权利要求6所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，在并网发电时，以正半周为例：Q1、Q6导通，电感电流增大，Q1、Q6关闭，电感电流减小，增大Q1的驱动。
8.根据权利要求7所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，在储能充电时，增大Q3的驱动，减少Q1的驱动。
9.根据权利要求8所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，在并网发电，当VAC大于零，当VAC小于零，
10.根据权利要求9所述的带死区补偿的单相储能光伏逆变器控制方法，其特征在于，在储能充电，当VAC大于零，当VAC小于零，
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