当前位置: 首页 > 专利查询>盐城工学院专利>正文

基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置制造方法及图纸

技术编号:18898563 阅读:21 留言:0更新日期:2018-09-08 13:28
本发明专利技术公开一种基于功率预测的光伏反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置,其控制对象是反激型光伏微逆变器,数字控制装置采用功率预测调制比计算模块得到反激变换器的调制比,使得反激变换器的输出功率等于期望值,从而抑制光伏电池的输出电流中的低频纹波,并且可以采用容值较小的薄膜电容以延长光伏微逆变器的寿命。本发明专利技术的实施可以保证光伏微逆变器实现较低的造价、具有低频电流纹波抑制的能力以及最大化的能量获取率。

Low frequency ripple suppression digital control device for flyback micro inverter based on power prediction

The invention discloses a low-frequency ripple suppression digital control device for a photovoltaic flyback micro-inverter based on power prediction. The control object is a flyback photovoltaic micro-inverter. The digital control device obtains the modulation ratio of the flyback converter by using the power prediction modulation ratio calculation module, so that the output power of the flyback converter is equal to the period. The expected value can suppress the low frequency ripple in the output current of the photovoltaic cell, and the thin film capacitor with smaller capacitance can be used to prolong the life of the photovoltaic micro-inverter. The implementation of the invention can ensure that the photovoltaic micro-inverter achieves lower cost, has the ability of low frequency current ripple suppression and maximizes the energy acquisition rate.

【技术实现步骤摘要】
基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置
本专利技术涉及一种反激型光伏变换器的数字控制装置,属于电力电子变换器控制

技术介绍
光伏微逆变器作为新能源发电的重要形式受到人们越来越多的重视,其优点包括能量获取率高,可热插拔,冗余性能高。由于光伏电池输出电压较低,为匹配电网电压,常采用两级式的电路结构,前级实现升压,后级实现并网。光伏微逆变器最常见的形式是以反激电路作为前级功率变换,后级采用SPWM桥式逆变器。目前光伏电池的设计寿命为25年,而与之配对的微逆变器安装在其背面,工作环境恶劣,因此大大限制了微逆变器的寿命,而影响微逆变器寿命的重要元件就是电解电容。为消除电解电容对寿命的影响,常采用容值较低、寿命更长的薄膜电容取代电解电容,但随着而来的就是在前级变换器的输出端(即直流母线)出现很大的电压波动,这会传导至输入侧,光伏电池输出电流中含有大量的双倍工频的电流纹波,会引起光伏电池发电效率降低以及影响其寿命。为克服这一问题,研究人员提出了很多方法,大致分为硬件电路改进和控制策略改进。增加硬件电路以缓冲输入、输出侧的功率差异将极大的增加光伏微逆变器的成本,这一点对成本要求极高的微逆变器而言是难以接受的;对控制策略的改进目前基本可分为两类:一是在控制环路中增加陷波器以滤除双倍工频纹波分量;另一种是设计谐振控制器以实现在双倍工频纹波除具有极大的增益,以保证闭环控制时,输出电流跟踪其基准值。这两种控制策略实现起来都比较复杂,参数设计需要格外精确,否则容易造成系统不稳定工作。因此,对以反激电路为基础的光伏微逆变而言,在采用容值较低的薄膜电容后,在不增加成本的基础上,寻找实现简单、易于控制的低频电流纹波抑制策略是非常必要的,本方案由此产生。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有应用于两级式光伏微逆变器的低频电流纹波抑制策略的不足,本专利技术提出基于功率预测方法的低频电流纹波抑制策略。通过建立前级变换器输出功率的数学模型,得到期望输出功率的调制比,该调制比可保证前级变换器在一个开关周期内快速跟踪上功率基准值,如果功率基准值恒定,则变换器输出功率恒定,从而作为输入源的光伏电池输出功率恒定,即可实现光伏电池输出电流中不含低频电流纹波分量。基于功率预测方法的低频电流纹波抑制策略具有实现简单、纹波抑制效果好,动态特性快等优点。技术方案:一种基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置,控制对象是反激型光伏微逆变器,检测其输入侧的光伏电池电压、光伏电池电流、反激型电路的输入电流以及反激型电路的输出电压;数字控制装置包括模数转换器、(n+1)周期电流预测模块、第一限幅器、最大功率点跟踪模块、第一减法器、比例积分调节器、功率预调制比计算模块、第二限幅器、零阶保持器、三角波信号发生器和比较器。反激型电路的四个检测量输入到模数转换器的输入端;模数转换器的第一输出端接(n+1)周期电流预测模块的第二输入端,模数转换器的第二输出端接(n+1)周期电流预测模块的第三输入端,模数转换器的第三输出端接(n+1)周期电流预测模块的第四输入端、最大功率点跟踪模块的第一输入端、第一减法器的负输入端以及功率预调制比计算模块的第二输入端,模数转换器的第四输出端接最大功率点跟踪模块的第二输入端;(n+1)周期电流预测模块的输出端接第一限幅器的输入端,第一限幅器的输出端接功率预调制比计算模块的第一输入端;最大功率点跟踪模块的输出端接第一减法器的正输入端,第一减法器的输出端接比例积分调节器的输入端,比例积分调节器的输出端接功率预调制比计算模块的第三输入端;功率预调制比计算模块的输出端接第二限幅器的输入端,第二限幅器的输出端接零阶保持器的输入端、比较器的第一输入端,零阶保持器的输出端接(n+1)周期电流预测模块的第一输入端;三角波信号发生器的输出端接比较器的第二输入端;比较器的输出端信号作为反激型电路的驱动信号。上述(n+1)周期电流预测模块,其第一输入端的信号为D(n),代表反激型电路第n个周期的调制比;第二输入端信号为iin_f(n),代表反激型电路输入电流第n个周期的初始时刻电流;第三输入端信号为UDC_f,代表反激型电路输出电压的反馈值;第四输入端的信号为UPV_f,代表光伏电池输出电压的反馈值;则(n+1)周期电流预测模块的输出端信号iin_es1(n+1)为:其中n为反激型电路中变压器的变比,Lp为反激型电路中变压器原边绕组的自感,TS为开关周期。上述功率预测调制比计算模块中,其第一输入端的信号为iin_es(n+1),代表反激型电路输入电流第(n+1)个周期的初始时刻电流;第二输入端信号为UPV_f,代表光伏电池输出电压的反馈值;第三输入端信号为P*,代表反激型电路输出功率的基准值;则功率预测调制比计算模块的输出信号D(n+1)为:其中,y=UPV_fiin_es(n+1),z=P*,Lp为反激型电路中变压器原边绕组的自感,TS为开关周期。有益效果:采用上述方案后,基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置,采用(n+1)周期电流预测模块与功率预测调制比计算模块,保证反激型电路的输出功率快速跟踪上基准值,一般设定功率基准为恒定值,则反激型电路输入侧的功率恒定,可保证光伏输入电池输出电流中不含有低频纹波。附图说明图1为本专利技术实施例的以反激变换器为前级的光伏微逆变器;图2为本专利技术实施例的反激变换器的变压器原边、副边电流波形;图3为本专利技术实施例的数字控制装置框图;图4为本专利技术实施例的仿真波形1—前级变换器的输出电压与输出电流;图5为本专利技术实施例的仿真波形2—前级变换器的输入电流、调制比、变压器原边电流、副边电流在工频周期内的波形;图6为本专利技术实施例的仿真波形3—直流母线电压较低时,前级变换器的输入电流、调制比、变压器原边电流、副边电流在开关周期内的波形;图7为本专利技术实施例的仿真波形4—直流母线电压较高时,前级变换器的输入电流、调制比、变压器原边电流、副边电流在开关周期内的波形;图中符号名称:CPV——光伏电池电压滤波电容;T——反激变压器;W1——反激变压器原边绕组;W2——反激变压器副边绕组;S——开关管;Dr——整流二极管;Co——反激变换器输出端滤波电容;IPV——光伏电池输出电流;UPV——光伏电池输出电压;UDC——反激变换器输出电压;io——反激变换器输出电流;iin——变压器原边电流;isec——变压器副边电流;iin_f(n)——变压器原边电流第n个周期起始时刻电流反馈值;UPV_f——光伏电池输出电压反馈信号;UDC_f——反激变换器输出电压反馈信号;IPV_f——光伏电池输出电流反馈信号;iin_es1(n+1)——变压器原边电流第(n+1)个周期起始时刻电流预测中间值;iin_es(n+1)——变压器原边电流第(n+1)个周期起始时刻电流预测值;UPV*——光伏电池输出电压基准值;UPVe——光伏电池输出电压反馈误差值;P*——前级反激变换器输出功率基准值;D1(n+1)——反激变换器第(n+1)周期调制比计算中间值;D(n)——反激变换器第n周期调制比计算值;D(n+1)——反激变换器第(n+1)周期调制比计算值;uc——三角载波信号;us——反激变换器中开关管的驱动信号;Iin——变压器原本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置,控制对象是反激型光伏微逆变器,检测其输入侧的光伏电池电压、光伏电池电流、反激型电路的输入电流以及反激型电路的输出电压;数字控制装置包括模数转换器、(n+1)周期电流预测模块、第一限幅器、最大功率点跟踪模块、第一减法器、比例积分调节器、功率预调制比计算模块、第二限幅器、零阶保持器、三角波信号发生器和比较器;反激型电路的四个检测量输入到模数转换器的输入端;模数转换器的第一输出端接(n+1)周期电流预测模块的第二输入端,模数转换器的第二输出端接(n+1)周期电流预测模块的第三输入端,模数转换器的第三输出端接(n+1)周期电流预测模块的第四输入端、最大功率点跟踪模块的第一输入端、第一减法器的负输入端以及功率预调制比计算模块的第二输入端,模数转换器的第四输出端接最大功率点跟踪模块的第二输入端;(n+1)周期电流预测模块的输出端接第一限幅器的输入端,第一限幅器的输出端接功率预调制比计算模块的第一输入端;最大功率点跟踪模块的输出端接第一减法器的正输入端,第一减法器的输出端接比例积分调节器的输入端,比例积分调节器的输出端接功率预调制比计算模块的第三输入端;功率预调制比计算模块的输出端接第二限幅器的输入端,第二限幅器的输出端接零阶保持器的输入端、比较器的第一输入端,零阶保持器的输出端接(n+1)周期电流预测模块的第一输入端;三角波信号发生器的输出端接比较器的第二输入端;比较器的输出端信号作为反激型电路的驱动信号;...

【技术特征摘要】
1.一种基于功率预测的反激型微逆变器的低频纹波抑制数字控制装置,控制对象是反激型光伏微逆变器,检测其输入侧的光伏电池电压、光伏电池电流、反激型电路的输入电流以及反激型电路的输出电压;数字控制装置包括模数转换器、(n+1)周期电流预测模块、第一限幅器、最大功率点跟踪模块、第一减法器、比例积分调节器、功率预调制比计算模块、第二限幅器、零阶保持器、三角波信号发生器和比较器;反激型电路的四个检测量输入到模数转换器的输入端;模数转换器的第一输出端接(n+1)周期电流预测模块的第二输入端,模数转换器的第二输出端接(n+1)周期电流预测模块的第三输入端,模数转换器的第三输出端接(n+1)周期电流预测模块的第四输入端、最大功率点跟踪模块的第一输入端、第一减法器的负输入端以及功率预调制比计算模块的第二输入端,模数转换器的第四输出端接最大功率点跟踪模块的第二输入端;(n+1)周期电流预测模块的输出端接第一限幅器的输入端,第一限幅器的输出端接功率预调制比计算模块的第一输入端;最大功率点跟踪模块的输出端接第一减法器的正输入端,第一减法器的输出端接比例积分调节器的输入端,比例积分调节器的输出端接功率预调制比计算模块的第三输入端;功率预调制比计算模块的输出端接第二限幅器的输入端,第二限幅器的输出端接零阶保持器的输入端、比较器的第一输入端,零阶保持器的输出端接(n+1)周期电流预测模块的第一输入端;三角波信号发生器的输出端接比较器的第二输入端;比较器的输出端信号作为反激型电路...

【专利技术属性】
技术研发人员:阚加荣吴云亚许志华商志根薛迎成
申请(专利权)人:盐城工学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1