CN112165268A - 一种解耦电路及方法 - Google Patents

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CN112165268A CN202011146117.2A CN202011146117A CN112165268A CN 112165268 A CN112165268 A CN 112165268A CN 202011146117 A CN202011146117 A CN 202011146117A CN 112165268 A CN112165268 A CN 112165268A
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付伟东
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Abstract

本发明涉及一种解耦电路及方法，涉及太阳能光伏发电技术领域。该解耦电路包括：解耦电感一端与逆变器交流输出侧第一端连接，解耦电感另一端与第一开关管发射极连接，第一开关管集电极与第二开关管发射极连接，第二开关管集电极与第一解耦电容正极连接；第三开关管集电极与第一开关管集电极连接，第三开关管发射极与第二解耦电容负极连接；第四开关管集电极与第一开关管集电极连接，第四开关管发射极与第五开关管发射极连接，第一解耦电容负极、第二解耦电容正极和第五开关管集电极均与逆变器交流输出侧第二端连接。本发明的解耦电路为独立式解耦，且并联于逆变器的交流侧，仅使用了五个开关管，简化了二倍频功率解耦回路。

Description

一种解耦电路及方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，特别是涉及一种解耦电路及方法。
背景技术
单相逆变器普遍运用于中小功率应用中，但是在交流侧产生的二次脉动功率会导致直流侧出现二次纹波，对于二次纹波的存在，特别是在光伏(Photovoltaic，PV)系统中会影响PV板的工作效率，降低最大功率点跟踪(Maximum PowerPoint Tracking，MPPT)的效果。针对二次纹波解耦问题，学术界普遍提出两种方法，有源功率解耦方法和无源功率解耦方法，无源功率解耦方法主要是通过在光伏系统中增加无源器件，比如在直流侧加入大电解电容，大电解电容用于缓冲二次纹波能量，大电解电容提供的大容值确实十分有效，但是通常大的电解电容，会存在使用寿命较短的问题，影响到单相逆变器的平均使用寿命，在高温情况下单相逆变器的情况更加不理想，而且大的电解电容会导致整个光伏系统体积过大，成本也会相对较高，降低功率密度。
对此人们探索了几种有源解耦的方法，一般有源解耦是将直流侧的脉动纹波转移到别的储能元件上，使得直流侧电压电流更加平稳，从而可以用长寿命的薄膜电容代替电解电容，该方法主要由新的拓扑解耦和控制算法构成，例如，将交流侧电压引入低频变压器并经整流后接入解耦电容，但整个系统复杂，损耗较大。因此现有单相逆变器的有源解耦电路存在解耦回路复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解耦电路及方法，解决了现有单相逆变器的有源解耦电路解耦回路复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种解耦电路，包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；
所述解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，所述解耦电感的另一端与所述第一开关管的发射极连接，所述第一开关管的集电极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二开关管的集电极与所述第一解耦电容的正极连接，所述第一解耦电容的负极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第三开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第三开关管的发射极与所述第二解耦电容的负极连接，所述第二解耦电容的正极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第四开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第四开关管的发射极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五开关管的集电极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接。
可选的，所述解耦电路还包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
所述第一二极管的正极与所述第一开关管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的集电极连接；
所述第二二极管的正极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二开关管的集电极连接；
所述第三二极管的正极与所述第三开关管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三开关管的集电极连接；
所述第四二极管的正极与所述第四开关管的发射极连接，所述第四二极管的负极与所述第四开关管的集电极连接；
所述第五二极管的正极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五二极管的负极与所述第五开关管的集电极连接。
可选的，所述解耦电路还包括：控制装置；
所述控制装置分别与所述第一开关管的基极、所述第二开关管的基极、所述第三开关管的基极、所述第四开关管的基极和所述第五开关管的基极连接；
所述控制装置用于根据所述逆变器的母线电压和解耦电感的解耦电感值，利用脉冲能量调制技术确定脉冲能量调制控制信号，并根据所述脉冲能量调制控制信号控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管和所述第五开关管的导通和关断。
可选的，所述控制装置具体包括：
获取模块，用于获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；
功率耦合关系确定模块，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；
脉冲能量调制控制信号确定模块，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；
开关管状态确定模块，用于根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。
可选的，所述功率耦合关系确定模块，具体包括：
功率计算单元，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；
Figure BDA0002739784420000031
Figure BDA0002739784420000032
式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；
功率耦合关系确定单元，用于将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。
可选的，所述脉冲能量调制控制信号确定模块，具体包括：
上升解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000041
得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；
下降解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000042
得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重；
解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式
Figure BDA0002739784420000043
和能量守恒关系，得到所述解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流；式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量；
脉冲能量调制控制信号确定单元，用于根据每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式
Figure BDA0002739784420000044
确定每个所述工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；所述脉冲能量调制控制信号包括每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
一种解耦方法，应用于上述的解耦电路，所述解耦方法包括：
获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；
利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；
根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；
根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。
可选的，所述利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系，具体包括：
利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；
Figure BDA0002739784420000051
Figure BDA0002739784420000052
式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；
将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。
可选的，所述根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号，具体包括：
根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000061
得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；
根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000062
得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重；
根据所述解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式
Figure BDA0002739784420000063
和能量守恒关系，得到所述解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流；式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量；
根据每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式
Figure BDA0002739784420000064
确定每个所述工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；所述脉冲能量调制控制信号包括每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
可选的，所述根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态，具体包括：
根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，通过逻辑关系公式
Figure BDA0002739784420000071
确定所述解耦电路中开关管的开关状态；
式中，S1表示第一开关管的开关状态；A表示逆变器的交流侧输出电压极性；B表示解耦电容的运行状态；S2表示第二开关管的开关状态；PEM表示脉冲能量调制控制信号；S3表示第三开关管的开关状态；S4表示第四开关管的开关状态；S5表示第五开关管的开关状态。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种解耦电路及方法。该解耦电路包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，解耦电感的另一端与第一开关管的发射极连接，第一开关管的集电极与第二开关管的发射极连接，第二开关管的集电极与第一解耦电容的正极连接，第一解耦电容的负极与逆变器的交流输出侧的第二端连接；第三开关管的集电极与第一开关管的集电极连接，第三开关管的发射极与第二解耦电容的负极连接，第二解耦电容的正极与逆变器的交流输出侧的第二端连接；第四开关管的集电极与第一开关管的集电极连接，第四开关管的发射极与第五开关管的发射极连接，第五开关管的集电极与逆变器的交流输出侧的第二端连接。本发明的解耦电路为独立式解耦，即解耦电路与原始逆变器电路部分无共享开关，且并联于逆变器的交流侧，仅使用了五个开关管，相比于单相逆变器并联于直流侧的解耦方式，简化了二倍频功率解耦回路。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的解耦电路的结构图；
图2为本发明实施例所提供的功率解耦能量耦合关系曲线图；
图3为本发明实施例所提供的模式一的电路结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的模式二的电路结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的模式三的电路结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的模式四的电路结构示意图；
图7为本发明实施例所提供的解耦方法的流程图；
图8为本发明实施例所提供的PEM信号产生原理示意图；图8(a)为逆变器输出电压与输出电流的波形图；图8(b)为解耦电感电流及PEM信号示意图；
图9为本发明实施例所提供的直流侧输入电流波形示意图；
图10为本发明实施例所提供的直流侧母线电压波形示意图；
图11为本发明实施例所提供的第一解耦电容电压波形示意图；
图12为本发明实施例所提供的第二解耦电容电压波形示意图；
图13为本发明实施例所提供的解耦电感电流波形示意图；
图14为本发明实施例所提供的交流侧负载输出电压波形示意图；
图15为本发明实施例所提供的交流侧负载输出电流波形示意图。
符号说明：Ld、解耦电感；D1、第一二极管；S1、第一开关管；S2、第二开关管；D2、第二二极管；Cd1、第一解耦电容；S3、第三开关管；D3、第三二极管；Cd2、第二解耦电容；D4、第四二极管；S4、第四开关管；D5、第五二极管；S5、第五开关管。
具体实施方式
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。
本发明的目的是提供一种解耦电路及方法，解决了现有有源解耦电路解耦回路复杂的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供一种解耦电路，图1为本发明实施例所提供的解耦电路的结构图，参见图1，解耦电路包括：解耦电感Ld、第一开关管S1、第二开关管S2、第一解耦电容Cd1、第三开关管S3、第二解耦电容Cd2、第四开关管S4和第五开关管S5。
解耦电感Ld的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，解耦电感Ld的另一端与第一开关管S1的发射极连接，第一开关管S1的集电极与第二开关管S2的发射极连接，第二开关管S2的集电极与第一解耦电容Cd1的正极连接，第一解耦电容Cd1的负极与逆变器的交流输出侧的第二端连接。
第三开关管S3的集电极与第一开关管S1的集电极连接，第三开关管S3的发射极与第二解耦电容Cd2的负极连接，第二解耦电容Cd2的正极与逆变器的交流输出侧的第二端连接。
第四开关管S4的集电极与第一开关管S1的集电极连接，第四开关管S4的发射极与第五开关管S5的发射极连接，第五开关管S5的集电极与逆变器的交流输出侧的第二端连接。
解耦电路还包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5。
第一二极管D1的正极与第一开关管S1的发射极连接，第一二极管D1的负极与第一开关管S1的集电极连接。
第二二极管D2的正极与第二开关管S2的发射极连接，第二二极管D2的负极与第二开关管S2的集电极连接。
第三二极管D3的正极与第三开关管S3的发射极连接，第三二极管D3的负极与第三开关管S3的集电极连接。
第四二极管D4的正极与第四开关管S4的发射极连接，第四二极管D4的负极与第四开关管S4的集电极连接。
第五二极管D5的正极与第五开关管S5的发射极连接，第五二极管D5的负极与第五开关管S5的集电极连接。
解耦电路直接并联在逆变器的交流输出侧，整个解耦电路呈现π型结构，解耦电路的左侧支路由逆变器交流输出侧的输出电压Uinv、解耦电感Ld和第一开关管S1构成，解耦电路的右侧支路由第四开关管S4和第五开关管S5构成，S4的发射极和S5的发射极相连，第二开关管S2的集电极与第一解耦电容Cd1正向串联并与左侧支路构成闭合回路，其中S2的发射极与S1的集电极相连，第三开关管S3的发射极与第二解耦电容Cd2负向串联并与右侧支路构成回路，其中S3的集电极与S4的集电极相连。
解耦电路还包括：控制装置。
控制装置分别与第一开关管的基极、第二开关管的基极、第三开关管的基极、第四开关管的基极和第五开关管的基极连接。
控制装置用于根据逆变器的开关周期，利用脉冲能量调制技术确定脉冲能量调制控制信号，并根据脉冲能量调制控制信号控制第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管的导通和关断。
本实施例的解耦电路为功率解耦电路，功率解耦电路的工作原理为：
逆变器的交流侧输出电压ug和输出电流ig通常都为正弦函数，如下式所示：
ug(t)＝Ug sin(ωt) (1)
Figure BDA0002739784420000104
上式中，ug(t)为t时刻逆变器的交流侧输出电压，Ug为交流侧输出电压幅值，ω为基波角频率，t表示时间，ig(t)为t时刻逆变器的交流侧输出电流，Ig为交流侧输出电流幅值，
Figure BDA0002739784420000101
为功率因素角。为便于分析耦合关系，令
Figure BDA0002739784420000102
为0。根据公式(1)和(2)得到交流侧瞬时功率Pac、直流侧输入恒定功率PPV分别为：
Figure BDA0002739784420000103
Figure BDA0002739784420000111
Figure BDA0002739784420000112
上式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV为直流侧输入恒定功率，Pr为周期变化的二倍频脉动功率。
比较交流侧瞬时功率与直流侧输入恒定功率，判断功率解耦能量关系，即当交流侧瞬时功率大于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于释放能量过程，解耦电容处于降压状态；当交流侧瞬时功率小于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于吸收能量过程，解耦电容处于升压状态。同时根据公式(1)-(5)可得到功率解耦能量耦合关系曲线，功率解耦能量耦合关系曲线如图2所示。图2中T为输出电压的周期。
解耦电路共有四种工作模式，模式一和模式二对应逆变器输出电压正半周期，模式三和模式四对应逆变器输出电压负半周期。模式一和模式三可等效为boost电路，模式二和模式四可等效为buck电路。
模式一对应的电路回路如图3所示，此时逆变器输出电压为正，根据图2可知，在[0,T/8]和[3T/8,4T/8]时间段内，交流侧瞬时功率小于直流侧输入恒定功率，S4受控制装置(公式9)驱动脉冲控制，处于开通状态时，电路回路为Uinv+-Ld-D1-S4-D5-Uinv-，解耦电感电流逐渐上升，当解耦电感电流峰值达到解耦电感峰值参考电流idref(公式10)时，此时开关S4断开，电路回路为Uinv+-Ld-D1-D2-Cd1-Uinv-。模式一对应的电路回路具体为：第四开关管导通，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第五开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第一端流出，依次经过解耦电感、第一二极管、第四开关管和第五二极管后流回逆变器的交流输出侧的第二端；第四开关管、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第五开关管均断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第一端流出，依次经过解耦电感、第一二极管、第二二极管和第一解耦电容后流回逆变器的交流输出侧的第二端。
模式二对应的电路回路如图4所示，逆变器输出电压为正，在[T/8,3T/8]时间段内，交流侧瞬时功率大于直流侧输入恒定功率，S5,S1保持开通，S2受驱动脉冲控制，当S2处于导通状态时，电路回路为Cd1-S2-S1-Ld-Uinv-Cd1，解耦电感电流逐渐上升，当电流峰值达到参考值idref(公式7)时，开关S2断开，此时电路回路为Uinv--S5-D4-S1-Ld-Uinv+。模式二对应的电路回路具体为：第二开关管、第一开关管和第五开关管导通，第三开关管和第四开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第二端流出，依次经过第一解耦电容、第二开关管、第一开关管和解耦电感后流回逆变器的交流输出侧的第一端；第二开关管断开，第一开关管和第五开关管导通，第三开关管和第四开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第二端流出，依次经过第五开关管、第四二极管、第一开关管和解耦电感后流回逆变器的交流输出侧的第一端。
模式三对应的电路回路如图5所示，此时逆变器输出电压为负，在[4T/8,5T/8]和[7T/8,T]时间段内，交流侧瞬时功率小于直流侧输入恒定功率，S5受驱动脉冲控制，当S5处于导通状态时，电路回路为Uinv+-S5-D4-S1-Ld-Uinv-，解耦电感电流逐渐上升，当电流峰值达到参考值idref(公式11)时，开关S5断开，此时电路回路为Uinv+-Cd2-D3-S1-Ld-Uinv-。模式三对应的电路回路具体为：第五开关管和第一开关管导通，第二开关管、第三开关管和第四开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第一端流出，依次经过第五开关管、第四二极管、第一开关管和解耦电感后流回逆变器的交流输出侧的第二端；第五开关管断开，第一开关管导通，第二开关管、第三开关管和第四开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第一端流出，依次经过第二解耦电容、第三二极管、第一开关管和解耦电感后流回逆变器的交流输出侧的第二端。
模式四对应的电路回路如图6所示，此时逆变器输出电压为负，在[5T/8,7T/8]时间段内，交流侧瞬时功率大于直流侧输入恒定功率，S3受驱动脉冲控制，当S3导通时，电路回路为Cd2-Uinv-Ld-D1-S3-Cd2，解耦电感峰值电流idref(公式13)达到参考值时，开关S3断开，此时电路回路为Uinv-Ld-D1-S4-D5-Uinv。模式四对应的电路回路具体为：第三开关管和第四开关管导通，第一开关管、第二开关管和第五开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第二端流出，依次经过解耦电感、第一二极管、第三开关管和第二解耦电容后流回逆变器的交流输出侧的第一端；第三开关管断开，第四开关管导通，第一开关管、第二开关管和第五开关管断开时，电流从逆变器的交流输出侧的第二端流出，依次经过解耦电感、第一二极管、第四开关管和第五二极管后流回逆变器的交流输出侧的第一端。
控制装置具体包括：
获取模块，用于获取逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容。
功率耦合关系确定模块，用于利用交流侧输出电压幅值和交流侧输出电流幅值，确定解耦电路的功率耦合关系。
功率耦合关系确定模块具体包括：
功率计算单元，用于利用交流侧输出电压幅值和交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率。
Figure BDA0002739784420000131
Figure BDA0002739784420000132
式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率。
功率耦合关系确定单元，用于将交流侧瞬时功率与直流侧输入恒定功率进行比较，确定解耦电路的功率耦合关系；功率耦合关系包括：当交流侧瞬时功率大于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于释放能量过程，解耦电容处于降压状态；当交流侧瞬时功率小于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于吸收能量过程，解耦电容处于升压状态。
脉冲能量调制控制信号确定模块，用于根据母线电压、解耦电感值、解耦电容电压和功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号。
脉冲能量调制控制信号确定模块具体包括：
上升解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据母线电压、解耦电感值和功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000141
得到解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流。
下降解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据母线电压、解耦电感值、解耦电容电压和功率耦合关系，通过公式
Figure BDA0002739784420000142
得到解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流。
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重。
解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式
Figure BDA0002739784420000143
和能量守恒关系，得到解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流。式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量。
脉冲能量调制控制信号确定单元，用于根据每个工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式
Figure BDA0002739784420000144
确定每个工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；脉冲能量调制控制信号包括每个工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
开关管状态确定模块，用于根据脉冲能量调制控制信号、逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定解耦电路中开关管的开关状态；开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。
开关管状态确定模块具体包括：
开关管状态确定单元，用于根据脉冲能量调制控制信号、逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，通过逻辑关系公式
Figure BDA0002739784420000151
确定解耦电路中开关管的开关状态。
式中，S1表示第一开关管的开关状态；A表示逆变器的交流侧输出电压极性；B表示解耦电容的运行状态；S2表示第二开关管的开关状态；PEM表示脉冲能量调制控制信号；S3表示第三开关管的开关状态；S4表示第四开关管的开关状态；S5表示第五开关管的开关状态。
Figure BDA0002739784420000152
表示交流侧输出电压为负，解耦电容电压升高时，加上PEM信号三者之间的与门逻辑关系。
本实施例还提供一种解耦方法，应用于上述的解耦电路，解耦方法的执行主体为控制装置，图7为本发明实施例所提供的解耦方法的流程图。参见图7，解耦方法包括：
步骤101，获取逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容。
步骤102，利用交流侧输出电压幅值和交流侧输出电流幅值，确定解耦电路的功率耦合关系。
步骤102具体包括：
利用交流侧输出电压幅值和交流侧输出电流幅值，分别通过公式(3)和(4)得到逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率。
公式(3)和(4)中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率。
将交流侧瞬时功率与直流侧输入恒定功率进行比较，确定解耦电路的功率耦合关系；功率耦合关系包括：当交流侧瞬时功率大于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于释放能量过程，解耦电容处于降压状态；当交流侧瞬时功率小于直流侧输入恒定功率时，光伏系统处于吸收能量过程，解耦电容处于升压状态。
步骤103，根据母线电压、解耦电感值、解耦电容电压和功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号。
步骤103具体包括：
根据母线电压、解耦电感值和功率耦合关系，通过公式(6)得到解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流。
Figure BDA0002739784420000161
根据母线电压、解耦电感值、解耦电容电压和功率耦合关系，通过公式(7)得到解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流。
Figure BDA0002739784420000162
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重。
根据解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式(8)和能量守恒关系，得到解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流。式(8)中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量。
Figure BDA0002739784420000163
根据每个工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式(6)，确定每个工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；脉冲能量调制控制信号包括每个工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
步骤104，根据脉冲能量调制控制信号、逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定解耦电路中开关管的开关状态；开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。开关管控制驱动信号由PEM控制信号、输出电压极性和解耦能量耦合关系(解耦电容的运行状态)三者的逻辑组合形成，逻辑组合的表达式为式(9)。
步骤104具体包括：
根据脉冲能量调制控制信号、逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，通过逻辑关系公式(9)，确定解耦电路中开关管的开关状态。
Figure BDA0002739784420000171
式中，S1表示第一开关管的开关状态；A表示逆变器的交流侧输出电压极性；B表示解耦电容的运行状态；S2表示第二开关管的开关状态；PEM表示脉冲能量调制控制信号；S3表示第三开关管的开关状态；S4表示第四开关管的开关状态；S5表示第五开关管的开关状态。
Figure BDA0002739784420000172
表示交流侧输出电压为负，解耦电容电压升高时，加上PEM信号三者之间的与门逻辑关系。
电压极性：A表示交流侧输出电压极性，当输出电压为正时，A＝0；当输出电压为负时，A＝1。解耦电容的运行状态：B表示解耦电容运行状态，当解耦电容电压升高时，即光伏系统处于吸收能量过程时，B＝0；当解耦电容电压降低时，即光伏系统处于释放能量过程时，B＝1。表1为开关管在不同工作模式下的开关状态。表1中开关管对应的0表示开关管处于断开状态，开关管对应的1表示开关管处于导通状态。
表1开关管在四种工作模式的开关状态Table 1Switching status ofthe fourmodes
Figure BDA0002739784420000173
Figure BDA0002739784420000181
根据表1中开关管在四种工作模式下的开关情况，可以得到各开关管的逻辑表达式公式(9)。
脉冲能量调制(Pulse Energy modulation，PEM)技术能根据瞬时二频脉动功率情况，决定瞬时驱动脉冲占空比大小，由上述解耦电路的四种工作模式可知，每种模式都可以视为单开关控制电路，能根据不同时刻能量耦合关系确定开关驱动脉冲宽度，从而得到PEM控制信号。
PEM信号产生原理参见图8，其中Uinv为逆变器输出电压，UDC为母线电压，idref为解耦电感峰值参考电流，id为解耦电感电流，PEM为PEM控制信号，t0表示每个开关周期的起始时刻，t1表示解耦电感电流开始上升时刻，t2表示解耦电感电流上升到峰值的时刻，t3表示从解耦电感电流从峰值下降到0的时刻，t4表示逆变器输出的PWM波右侧对应时刻；图8(a)为逆变器输出电压与输出电流波形图，图8(b)为解耦电感电流及PEM信号示意图。
由于逆变器采用单极性脉冲宽度调制，因此输出的Uinv为一系列等高不等宽的PWM方波，在单个方波内，解耦电路完成单个开关周期的解耦过程，任取单个方波分析，如图8(b)所示，t1-t4为方波逆变器输出单个方波区间，在t1时刻解耦电感电流Id线性上升，当Id上升到idref时刻时，功率解耦电路驱动开关断开，此时为t2时刻，之后解耦电感电流Id开始逐渐线性下降，在t3时刻下降至0。
令解耦电流下降时间段为d’TS＝t3-t2，Ts为输出电压周期，由于工作模式为断续，所以t3<t4，在dTs＝t2-t1阶段内为脉冲驱动开关导通时间，其大小由idref决定，可令占空比d＝(t2-t1)/Ts，此阶段即为PEM脉冲区间，维持驱动开关管导通，如图8(b)中阴影部分所示。
根据公式(4)和公式(5)可以得到光伏系统需要解耦电路缓冲的脉动功率Pd：
Pd＝PPVcos(2ωt) (10)
式中，PPV为直流侧输入恒定功率，ω为基波角频率，t为时间。
公式(5)表示输出瞬时功率，公式(7)处为去除负号的功率表达式，公式(5)和(7)实则是一样的功率形式。
根据功率解耦能量耦合关系可以推导出四种工作模式下的idref，进一步推导出PEM信号的占空比d，具体包括：
根据伏秒平衡原理结合图8可知，在时间段t1-t2内，解耦电感电流上升，解耦电感电流从0上升到idref，可得到公式(6)。
t2时刻开关管断开，经过d’Ts，解耦电感电流从峰值下降为0，可得到公式(7)。
在时间段t1-t3内，根据能量守恒定律和公式(8)，可以得到解耦电路吸收的能量为Win。
根据在输出电压周期TS内，得到Pr对应的光伏系统需要的解耦缓冲能量，并根据式(6)、式(7)将dTs、d’Ts用idref替换，然后代入到式(8)，并根据能量守恒关系推导出各工作模式下的idref，将得到的idref代入(6)即可得到脉冲驱动开关的占空比d。各工作模式对应的解耦电感峰值参考电流idref和脉冲驱动开关的占空比d的表达式如下：
模式一：
Figure BDA0002739784420000191
Figure BDA0002739784420000192
模式二：
Figure BDA0002739784420000201
Figure BDA0002739784420000202
模式三：
Figure BDA0002739784420000203
Figure BDA0002739784420000204
模式四：
Figure BDA0002739784420000205
Figure BDA0002739784420000206
在解耦电路的运行过程中，根据脉动功率周期性变化规律，将解耦电路的运行过程划分为四个工作模式，因此在单个工作模式下，脉动功率的极性不改变，恒为正或者恒为负，可以将脉动功率写为PPV|cos(2ωt)|的形式。所以根据需要缓冲的瞬时脉动功率，通过本发明只需要实时测量母线电压和解耦电容电压，就可以达到实时控制idref，从而达到控制PEM占空比的目的，进一步通过式(9)的逻辑表达式，可以得到PWM波形的逻辑组合信号，将逻辑驱动信号输送至开关管的基极可以控制开关管的通断，通常情况下控制PEM状态就能控制每个开关管的导通关闭状态，进而实时控制切换解耦电路四种工作模式的运行过程，通过解耦电路中不同元器件的组合形成四种工作模式的电路回路，使得每种工作模式单独运行，并通过解耦电容缓冲二倍频功率，使得逆变器的直流侧二次纹波得到抑制。
本发明与原始逆变器保持相对独立的结构，增加了解耦电路控制算法的灵活性，可独立控制解耦电路，此外本发明的解耦方法简单。相比于直流侧解耦，本发明的解耦电路并联于交流侧，相比于其他类型的解耦方式，此方式解耦可避免二倍频功率经过额外的回路，如直流侧回路，如此减小了二倍频功率补偿回路，起到二倍频功率就地补偿的效果，从而减小回路损耗。其中独立式是指解耦电路与原始逆变器电路部分无共享开关，非独立式往往与原始逆变器存在开关共享情况。
根据上述对解耦电路的电压和电流等情况的讨论，用matlab软件对五开关功率解耦电路(解耦电路)进行simulink仿真验证，证明本发明的解耦效果良好。解耦电路的仿真参数设置参见表2。
表2仿真参数
Figure BDA0002739784420000211
图9和图10所示分别为直流侧输入电流和母线电压波形，在0.4s时刻投入解耦电路，可观察到在投入的瞬间，输入电流的脉动幅度减小。未投入解耦电路之前，输入电流最大值约为5.45A，最小值约为4.6A，脉动幅度约为0.85A；在投入解耦电路以后，输入电流最大值为5.28A，最小值为4.94A，脉动幅度约为0.34A。投入解耦电路前后输入电流的脉动幅度减小约60％，而且整个解耦电路动态响应迅速，与输入电流类似，投入解耦电路以后，直流侧母线电压在0.4s时刻由脉动幅度约为42V降至脉动幅度约为19V，说明本发明的解耦效果良好。
图11和图12所示分别为第一解耦电容和第二解耦电容电压波形，两个解耦电容在工作周期上互补运行，且在工作期间电压波形恰为0.01s，为脉动的二次纹波，第一解耦电容Cd1平均电压约为477V，电压最高值约为513V，最低值约为457V，脉动幅值约为56V；第二解耦电容Cd2平均电压约为462V，电压最大值约为495V，电压最低值约为435V，脉动幅值约为60V，脉动能量和Cd1接近，因为两个解耦电容所对应的工作模式的等效电路相同，皆为boost和buck电路，因此解耦效果也相同。
图13所示为解耦电感电流波形，在模式一状态下解耦电感电流幅值约为12A，模式二状态下电流幅值约为8A，模式三状态电流幅值约为12A，模式四状态电流幅值约为8A，模式一和模式三都工作在boost状态，模式二和模式四都工作在buck状态，在相同的等效电路状态下工作，解耦电感电流接近。
图14和图15所示分别为交流侧负载输出电压波形和电流波形，在0.4s投入解耦电路后可以看到负载输出电压电流几乎无明显变化，电压幅值依然稳定在300V左右，电流幅值稳定在3A左右，可以得出解耦电路的控制对于输出电压无明显影响的结论。
对于未加入功率解耦电路而言，若使得母线电压纹波从原来的42V降低为19V，直流侧电压脉动要减小为23V，则需要在直流侧并联200μf大电容；加入解耦电路后，若使得母线电压纹波从42V降为19V，则只需要并联100μf电容。所以通过对解耦电路进行仿真验证发现本发明能够有效的抑制母线电压中的二次纹波存在，且解耦电路能够达到减小直流侧电容的效果，同时延长电源使用寿命。
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。对于实施例公开的系统而言，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。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种解耦电路，其特征在于，包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；
所述解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，所述解耦电感的另一端与所述第一开关管的发射极连接，所述第一开关管的集电极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二开关管的集电极与所述第一解耦电容的正极连接，所述第一解耦电容的负极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第三开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第三开关管的发射极与所述第二解耦电容的负极连接，所述第二解耦电容的正极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第四开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第四开关管的发射极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五开关管的集电极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的解耦电路，其特征在于，所述解耦电路还包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
所述第一二极管的正极与所述第一开关管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的集电极连接；
所述第二二极管的正极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二开关管的集电极连接；
所述第三二极管的正极与所述第三开关管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三开关管的集电极连接；
所述第四二极管的正极与所述第四开关管的发射极连接，所述第四二极管的负极与所述第四开关管的集电极连接；
所述第五二极管的正极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五二极管的负极与所述第五开关管的集电极连接。
3.根据权利要求2所述的解耦电路，其特征在于，所述解耦电路还包括：控制装置；
所述控制装置分别与所述第一开关管的基极、所述第二开关管的基极、所述第三开关管的基极、所述第四开关管的基极和所述第五开关管的基极连接；
所述控制装置用于根据所述逆变器的母线电压和解耦电感的解耦电感值，利用脉冲能量调制技术确定脉冲能量调制控制信号，并根据所述脉冲能量调制控制信号控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管和所述第五开关管的导通和关断。
4.根据权利要求3所述的解耦电路，其特征在于，所述控制装置具体包括：
获取模块，用于获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；
功率耦合关系确定模块，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；
脉冲能量调制控制信号确定模块，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；
开关管状态确定模块，用于根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。
5.根据权利要求4所述的解耦电路，其特征在于，所述功率耦合关系确定模块，具体包括：
功率计算单元，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；
Figure FDA0002739784410000021
Figure FDA0002739784410000022
式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；
功率耦合关系确定单元，用于将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。
6.根据权利要求5所述的解耦电路，其特征在于，所述脉冲能量调制控制信号确定模块，具体包括：
上升解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式
Figure FDA0002739784410000031
得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；
下降解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式
Figure FDA0002739784410000032
得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重；
解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式
Figure FDA0002739784410000033
和能量守恒关系，得到所述解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流；式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量；
脉冲能量调制控制信号确定单元，用于根据每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式
Figure FDA0002739784410000041
确定每个所述工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；所述脉冲能量调制控制信号包括每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
7.一种解耦方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的解耦电路，所述解耦方法包括：
获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；
利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；
根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；
根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。
8.根据权利要求7所述的解耦方法，其特征在于，所述利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系，具体包括：
利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；
Figure FDA0002739784410000042
Figure FDA0002739784410000043
式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；
将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。
9.根据权利要求8所述的解耦方法，其特征在于，所述根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号，具体包括：
根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式
Figure FDA0002739784410000051
得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；
根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式
Figure FDA0002739784410000052
得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；
式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重；
根据所述解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式
Figure FDA0002739784410000053
和能量守恒关系，得到所述解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流；式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量；
根据每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式
Figure FDA0002739784410000061
确定每个所述工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；所述脉冲能量调制控制信号包括每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。
10.根据权利要求9所述的解耦方法，其特征在于，所述根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态，具体包括：
根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，通过逻辑关系公式
Figure FDA0002739784410000062
确定所述解耦电路中开关管的开关状态；
式中，S1表示第一开关管的开关状态；A表示逆变器的交流侧输出电压极性；B表示解耦电容的运行状态；S2表示第二开关管的开关状态；PEM表示脉冲能量调制控制信号；S3表示第三开关管的开关状态；S4表示第四开关管的开关状态；S5表示第五开关管的开关状态。
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CN113765144A (zh) * 2021-09-18 2021-12-07 珠海格力电器股份有限公司 光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质
CN115395807A (zh) * 2022-09-26 2022-11-25 湖南华阵电子科技有限公司 单相ac-dc变换器的解耦单元的控制方法及相关设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113765144A (zh) * 2021-09-18 2021-12-07 珠海格力电器股份有限公司 光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质
CN113765144B (zh) * 2021-09-18 2023-08-11 珠海格力电器股份有限公司 光伏电路及其控制方法、装置、设备及存储介质
CN115395807A (zh) * 2022-09-26 2022-11-25 湖南华阵电子科技有限公司 单相ac-dc变换器的解耦单元的控制方法及相关设备
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