CN107565838B - 一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，定义开关S5的开关周期阈值为T1，开关S5的开通时间阀值Ton1；当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式；当开关S5的开关周期小于T1时，判断开关S5的开通时间是否大于Ton1，如果是，则采用定频开关方式；如果不是，则采用变频开关方式。本发明充分考虑开关管特性，考虑开关损耗在电路中影响，以及开关死区对输出电流波形谐波影响，控制逻辑简洁，同时创新性推出变频控制模式，即采用变频实时计算的方式，能够有效降低开关损耗与输出谐波，克服现有技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，属于光伏发电领域。
背景技术
如图1所示为现有的反激型逆变器电路，包括直流母线电容Cap1、激磁电感为Lm、隔离变压器T，开关S5、解耦电容Cap2、为整流二极管D1、H桥(包含S1、S2、S3、S4四个开关)、电压与电流检测单元、CPU计算单元、驱动单元和MPPT计算单元。反激型逆变器通常采用准谐振开关控制方法，S5采用零电压开通的模式，这样可以有效降低开关管的开通损耗。但是S5以及D1的开关频与逆变器输出电流瞬时值为反比关系，对于反激逆变器来说，一个电网基波周期必然存在电流大和小的时候。而S5以及D1的开关频率是受到开关特性限制的，在电流较小的时候无法实现准谐振控制模式，此时通用方法是采用定开关频率进行S5的开关控制。定开关频率同样会受到开关特性影响，S5在进行开关控制时，需要保证S5的最小开通时间，否则会增加S5的损耗，同时也会增加逆变器电流的失真度。根据开关管的开关特性以及反激型逆变器的工作原理，可以通过计算，在低功率条件下实时改变开关频，从而降低逆变器整体开关损耗，也能够降低逆变器输出电流的谐波。
专利号CN202150844U公开了一种准谐振检测电路，该方法通过检测电路，实时将S5两端的电压与设定阀值进行比较，再通过数字电路进行逻辑判断，从而实现了S5的准谐振控制。该方法在电压较低的情况存在检测错误的问题，这样会降低准谐振的效果，另外在电流较低的情况下，该方法无法实现准谐振控制，只能在低电流条件下采用定频控制，这样会增加逆变器开关损耗，同样也会增加逆变器低电流状态下的谐波。
专利号CN101841165公开了一种软开关方式，该方法采用数字计算S5关断的谐振周期，无需准谐振检测比较电路，这样会降低电路存在检测风险，但同样无法在低功率段进行准谐振控制，也需要在低功率进行定频控制，与专利号CN202150844U存在同样的问题。
文献《有源钳位反激式光伏并网逆变器的研究》分析反激式逆变器的工作原理，在低功率状态下也进行了定频控制的描述，与上述专利存在同样的技术弊端。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，定义开关S5的开关周期阈值为T1，开关S5的开通时间阀值Ton1；当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式；当开关S5的开关周期小于T1时，判断开关S5的开通时间是否大于Ton1，如果是，则采用定频开关方式；如果不是，则采用变频开关方式。
初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期，当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式；当开关S5的开关周期小于T1时，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；当重新计算的开关S5开通时间大于Ton1时，采用定频开关方式；当重新计算的开关S5开通时间小于等于Ton1时，采用变频开关方式，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期。
初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
开关S5的开通时间ton_BCM，
其中，电网电流P0为逆变器输出功率，N为变压器的变比，Vg为电网电压有效值，VPV为光伏组件电压，θ为电网电压角度；
开关S5的关断时间toff_BCM，
开关S5的开关周期T_BCM，
T_BCM＝ton_BCM+toff_BCM。
当开关S5的开关周期大于等于T1时，开关S5开通时间为ton_BCM，关断时间为toff_BCM，开关周期为T_BCM。
重新计算的开关S5开关周期小于T1时，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
此时开关S5为固定开关频率，重新计算的开关周期为TDCM；
重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM，
其中，重新计算的电网电流
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM，
toff_DCM＝TDCM-ton_DCM。
当开关S5的开通时间大于Ton1时，开关S5开通时间为ton_DCM，关断时间为toff_DCM，开关周期为TDCM。
重新计算的开关S5开通时间小于等于Ton1时，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
此时开关S5的开通时间固定，即重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM1＝Ton1；
重新计算的开关S5的开关周期TDCM1，
TDCM1＝k*k*TDCM
其中，k＝Ton1/ton_DCM，k＞1，TDCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开关周期，ton_DCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开通时间；
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM1，
toff_DCM1＝TDCM1-ton_DCM1。
当开关S5的开通时间小于等于Ton1时，开关S5开通时间为ton_DCM1，关断时间为toff_DCM1，开关周期为TDCM1。
本发明所达到的有益效果：本发明充分考虑开关管特性，考虑开关损耗在电路中影响，以及开关死区对输出电流波形谐波影响，控制逻辑简洁，同时创新性推出变频控制模式，即采用变频实时计算的方式，能够有效降低开关损耗与输出谐波，克服现有技术缺陷。
附图说明
图1为反激型逆变器电路图；
图2为本发明的控制流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，具体为：
定义开关S5的开关周期阈值为T1，开关S5的开通时间阀值Ton1；
初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；
当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式，即模式C1；
当开关S5的开关周期小于T1时，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期，判断开关S5的开通时间是否大于Ton1，如果是，则采用定频开关方式，即模式C2；如果不是，则采用变频开关方式，即模式C3，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期。
跟具体的过程如图2所示：
1)初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；
开关S5的开通时间ton_BCM，
其中，电网电流P0为逆变器输出功率，N为变压器的变比，Vg为电网电压有效值，VPV为光伏组件电压，θ为电网电压角度；
开关S5的关断时间toff_BCM，
开关S5的开关周期T_BCM，
T_BCM＝ton_BCM+toff_BCM。
2)当开关S5的开关周期大于等于T1时(T_BCM≥T1)，采用准谐振开关方式，开关S5开通时间为ton_BCM，关断时间为toff_BCM，开关周期为T_BCM；
3)当开关S5的开关周期小于T1时(T_BCM＜T1)，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；
此时开关S5为固定开关频率，重新计算的开关周期为TDCM；
重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM，
其中，重新计算的电网电流
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM，
toff_DCM＝TDCM-ton_DCM。
4)当重新计算的开关S5开通时间大于Ton1时(ton_DCM＞Ton1)，采用定频开关方式，开关S5开通时间为ton_DCM，关断时间为toff_DCM，开关周期为TDCM；
5)当重新计算的开关S5开通时间小于等于Ton1时(ton_DCM≤Ton1)，采用变频开关方式，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；
此时开关S5的开通时间固定，即重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM1＝Ton1；
重新计算的开关S5的开关周期TDCM1，
TDCM1＝k*k*TDCM
其中，k＝Ton1/ton_DCM，k＞1，TDCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开关周期，ton_DCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开通时间；
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM1，
toff_DCM1＝TDCM1-ton_DCM1
开关S5开通时间为ton_DCM1，关断时间为toff_DCM1，开关周期为TDCM1。
上述方法充分考虑开关管特性，考虑开关损耗在电路中影响，以及开关死区对输出电流波形谐波影响，控制逻辑简洁，同时创新性推出变频控制模式，即采用变频实时计算的方式，能够有效降低开关损耗与输出谐波，克服现有技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：定义开关S5的开关周期阈值为T1，开关S5的开通时间阀值Ton1；当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式；当开关S5的开关周期小于T1时，判断开关S5的开通时间是否大于Ton1，如果是，则采用定频开关方式；如果不是，则采用变频开关方式；
初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期，当开关S5的开关周期大于等于T1时，采用准谐振开关方式；当开关S5的开关周期小于T1时，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；当重新计算的开关S5开通时间大于Ton1时，采用定频开关方式；当重新计算的开关S5开通时间小于等于Ton1时，采用变频开关方式，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期；
重新计算的开关S5开通时间小于等于Ton1时，实时计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
此时开关S5的开通时间固定，即重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM1＝Ton1；
重新计算的开关S5的开关周期TDCM1，
TDCM1＝k*k*TDCM
其中，k＝Ton1/ton_DCM，k＞1，TDCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开关周期，ton_DCM为开关S5的开关周期小于T1时开关S5的开通时间；
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM1，
toff_DCM1＝TDCM1-ton_DCM1。
2.根据权利要求1所述的一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：初始时，计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
开关S5的开通时间ton_BCM，
其中，电网电流P0为逆变器输出功率，N为变压器的变比，Vg为电网电压有效值，VPV为光伏组件电压，θ为电网电压角度；Lm为激磁电感；
开关S5的关断时间toff_BCM，
开关S5的开关周期T_BCM，
T_BCM＝ton_BCM+toff_BCM。
3.根据权利要求2所述的一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：当开关S5的开关周期大于等于T1时，开关S5开通时间为ton_BCM，关断时间为toff_BCM，开关周期为T_BCM。
4.根据权利要求1所述的一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：当开关S5的开关周期小于T1时，重新计算开关S5的开通时间、关断时间和开关周期的公式为，
此时开关S5为固定开关频率，重新计算的开关周期为TDCM；
重新计算的开关S5的开通时间ton_DCM，
其中，重新计算的电网电流VPV为光伏组件电压，θ为电网电压角度，Vg为电网电压有效值，ig为电网电流有效值，Lm为激磁电感；
重新计算的开关S5的关断时间toff_DCM，
toff_DCM＝TDCM-ton_DCM。
5.根据权利要求4所述的一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：重新计算的开关S5开通时间大于Ton1时，开关S5开通时间为ton_DCM，关断时间为toff_DCM，开关周期为TDCM。
6.根据权利要求1所述的一种用于反激型逆变器的变开关频率控制方法，其特征在于：当开关S5的开通时间小于等于Ton1时，开关S5开通时间为ton_DCM1，关断时间为toff_DCM1，开关周期为TDCM1。
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