CN113422530B - 一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，本发明在每台储能逆变器的零线上加入一个电流传感器侦测零线电流in，其参考方向为从本储能逆变器的零线上流出电流为正的参考方向；假设相互连接的每台储能逆变器零线上都没有电流流出或流进本储能逆变器，电压差值控制器的正反馈功能就无法实现；本发明只要根据零线电流in的大小和方向改变正半周电感L+的电流参考，从而使得对正半周开关管的占空比进行调整就可以有效解决两台储能逆变器之间整流电路的耦合问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能逆变器领域，具体是一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，尤其是一种储能逆变器在共电池模式下保证正负直流母线电压平衡的控制方法。
背景技术
传统带有零线的储能离网逆变器如果共用同一个储能电池时，如果两台储能逆变器的零线连接在一起时会造成前级升压电路的耦合，这样会导致共电池模式下的储能逆变器直流母线电压不能保持稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，本发明在每台储能逆变器的零线上加入一个电流传感器侦测零线电流in，其参考方向为从本储能逆变器的零线上流出电流为正的参考方向；假设相互连接的每台储能逆变器零线上都没有电流流出或流进本储能逆变器，电压差值控制器的正反馈功能就无法实现；
从另一个角度上看如果第一台储能逆变器上零线上有电流流出，则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏大，最终会使得通过电流环控制器输出的正边开关管Q+的占空比相比于Q1+要大，导致a点的电位比b点的电位高；反之如果第一台储能逆变器上零线上有电流流进则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏小，最终会使得通过电流环控制器输出的正边开关管Q+的占空比相比于Q1+要小，导致a点的电位比b点的电位低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明只要根据零线电流in的大小和方向改变正半周电感L+的电流参考，从而使得对正半周开关管的占空比进行调整就可以有效解决两台储能逆变器之间整流电路的耦合问题。
附图说明
图1为一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法的升压控制框图。
图2为带有正负直流母线架构的双BOOST电路架构。
图3为带有正负直流母线架构的双BOOST电路的正半轴C+升压电路。
图4为带有正负直流母线架构的双BOOST电路的负半轴C-升压电路。
图5为共电池单机控制框图。
图6为两台升压电路共用电池时升压图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
如图2所示，在传统的带有正负直流母线架构的双BOOST电路架构中，升压由两个BOOST电路组成，Cf+、L+、C+、Q+、D1、V+分别为正边BOOST电路的输入滤波电容、电感、输出直流母线电容、开关管、二极管和输出直流母线电压；Cf-、L-、C-、Q-、D2、V-分别为负边BOOST电路的输入滤波电容、电感、输出直流母线电容、开关管、二极管和输出直流母线电压。Z+和Z-分别表示后级逆变电路正半轴和负半轴的等效负载。
目前传统做法是使用直流母线电压的平均值和差值分别控制正负两个直流母线电压的稳定。从图2的电路结构可以发现将负半周的开关管Q-一直导通，那么电路图就变为图3的正半周升压电路。将正半周的开关管Q+一直导通，那么电路图就变为图4的负半周升压电路。所以归纳可以得出正半周开关管Q+的占空比如果比负半周开关管Q-大，那么V+会降低，V-会增加；反之，正半周开关管Q+的占空比如果比负半周开关管Q-小，那么V+会增加，V-会降低。
对于一台独立的储能逆变器来说，电池升压控制器的工作原理可以简单表示为使用直流母线电压平均值控制器进行升压控制，使用直流母线电压差控制器平衡正负直流母线的电压差。假设电压平均值控制器可以将电压平均值维持在参考点附近，当正直流母线电压V+偏高，负直流母线电压V-偏低时，电压差控制器会使得正半周开关管Q+的PMW信号的占空比加大，负半周开关管Q-的PWM占空比信号减少，这样会使得电压差减少，从而实现正负直流母线电压的平衡。
共电池模式下单机控制框图如图5所示；其中
和
分别表示电压平均值控制器和电压差值控制器，相当于一个低通滤波器串联一个比例积分(PI)调节器，iL为电感电流采样。iL+_ref和iL-_ref分别为BOOST电路正半周和负半周电感电流参考；图5中两个PI为电流环控制器；
在两台储能逆变器共用电池时导致不稳定的原因出现在直流母线电压控制控制器上。如果将零线连接起来，两台储能逆变器之间会通过零线产生相互作用。
如图6所示，两台储能逆变器共用电池条件下，假设由于后端逆变器输出不均衡、BOOST电路正负半轴硬件差异等原因使得储能逆变器1的正的直流母线电压V+偏高，负的直流母线电压V-偏低，那么储能逆变器1的电压差控制器会使得正半边开关管Q+的占空比加大，负半边开关管Q-的占空比减少。但由于连接零线后两台储能逆变器之间产生了相互的关联：储能逆变器1的正半边和储能逆变器2的负半边，储能逆变器1的负半边和储能逆变器2的正半边也同样构成了一组升压电路。在储能逆变器1的电压差控制器对Q+和Q-的占空比进行调整后，对于由Q+和Q1-组成的升压电路来说，由于Q+的占空比变大，这样同样会使得储能逆变器2的负半边电压V1-上升；同理，对于Q-和Q1+组成的升压电路来说，也会使得储能逆变器2的正半边直流母线电压V1+下降。
在上述情况下假设受影响的储能逆变器2的V1+和V1-的平均值还保持不变，由于储能逆变器2受储能逆变器1的影响V1+降低，V1-升高，那么储能逆变器2的电压差控制器会使得Q1+占空比减少，Q1-的占空增大，来对储能逆变器2的直流母线电压进行平衡调整。但这样的占空比调整结果会间接导致储能逆变器1的V+继续上升，V-继续降低，所以电压差控制器在这种情况下会导致正反馈，使得V+和V1-持续升高，V-和V1+持续降低，最终导致直流母线电压触发高压和低压报警，导致储能逆变器后级的逆变电路无法正常工作。
为了解决储能逆变器电压差值储能逆变器的正反馈问题，请参阅图1，一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，本发明在每台储能逆变器的零线上加入一个电流传感器侦测零线电流in，其参考方向为从本储能逆变器的零线上流出电流为正的参考方向；假设相互连接的每台储能逆变器零线上都没有电流流出或流进本储能逆变器，电压差值控制器的正反馈功能就无法实现。以图6为例，从另一个角度上看如果第一台储能逆变器上零线上有电流流出，则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏大，最终会使得通过电流环控制器输出的正边开关管Q+的占空比相比于Q1+要大，导致图6中a点的电位比b点的电位高；反之如果第一台储能逆变器上零线上有电流流进则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏小，最终会使得通过电流环控制器输出的正边开关管Q+的占空比相比于Q1+要小，导致图6中a点的电位比b点的电位低；所以只要根据零线电流in的大小和方向改变正半周电感L+的电流参考，从而使得对正半周开关管的占空比进行调整就可以有效解决两台储能逆变器之间整流电路的耦合问题。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (1)
1.一种储能逆变器保证正负直流母线电压平衡的控制方法，其特征在于，储能逆变器的前级为升压电路，升压电路由正边BOOST电路和负边BOOST电路组成，其中，第一台储能逆变器的升压电路的正边BOOST电路包括输入滤波电容Cf+、电感L+、输出直流母线电容C+、开关管Q+、二极管D1和输出直流母线电压V+，负边BOOST电路包括输入滤波电容Cf-、电感L-、输出直流母线电容C-、开关管Q-、二极管D2和输出直流母线电压V-；Z+和Z-分别表示第一台储能逆变器后级逆变电路正半轴和负半轴的等效负载；第二台储能逆变器的升压电路的正边BOOST电路包括输入滤波电容Cf1+、电感L1+、输出直流母线电容C1+、开关管Q1+、二极管D11和输出直流母线电压V1+，负边BOOST电路包括输入滤波电容Cf1-、电感L1-、输出直流母线电容C1-、开关管Q1-、二极管D12和输出直流母线电压V1-；Z1+和Z1-分别表示第二台储能逆变器后级逆变电路正半轴和负半轴的等效负载；第一台储能逆变器的升压电路中，输入滤波电容Cf+的一端连接储能电池的一端和电感L+的一端，输入滤波电容Cf+的另一端连接输入滤波电容Cf-的一端、开关管Q-的另一端和输出直流母线电容C+的另一端，输入滤波电容Cf-的另一端连接储能电池的另一端和电感L-的一端，电感L+的另一端连接开关管Q+的一端和二极管D1的阳极，开关管Q+的另一端连接开关管Q-的一端，开关管Q-的另一端连接电感L-的另一端和二极管D2的阴极，二极管D1的阴极连接输出直流母线电容C+的一端，输出直流母线电容C+的另一端连接输出直流母线电容C-的一端，输出直流母线电容C+的另一端连接二极管D2的阳极，等效负载Z+并联在输出直流母线电容C+的两端，等效负载Z-并联在输出直流母线电容C-的两端，等效负载Z+和Z-的串联中点为a点且连接至零线；第二台储能逆变器的升压电路与第一台储能逆变器的升压电路结构相同，等效负载Z1+和Z1-的串联中点为b点且连接至零线；
在每台储能逆变器的零线上加入一个电流传感器侦测零线电流in，其参考方向为从本储能逆变器的零线上流出电流为正的参考方向；假设相互连接的每台储能逆变器零线上都没有电流流出或流进本储能逆变器，电压差值控制器的正反馈功能就无法实现；只要根据零线电流in的大小和方向改变电感L+的电流参考iL+_ref，从而使得对开关管Q+的占空比进行调整就可以有效解决两台储能逆变器之间升压电路的耦合问题；
从另一个角度上看如果第一台储能逆变器上零线上有电流流出，则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏大，最终会使得通过电流环控制器输出的开关管Q+的占空比相比于开关管Q1+的占空比要大，导致a点的电位比b点的电位高；反之如果第一台储能逆变器上零线上有电流流进则说明这台储能逆变器电感L+的电流参考iL+_ref偏小，最终会使得通过电流环控制器输出的开关管Q+的占空比相比于开关管Q1+的占空比要小，导致a点的电位比b点的电位低。
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