基于功率预测的一种电流准临界连续+软开关光伏变换器控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于功率预测的电流准临界连续、器件软开关的光伏变换器控制装置，包含主电路、信号检测电路以及DSP数字控制器。其中主电路包含逆变器与整流器两级功率变换，可变电感与高频变压器原边相串联；信号检测电路包含两个电压传感器与两个电流传感器；DSP数字控制器包含最大功率点跟踪模块、光伏电池电压调节器、功率预测调节器、信号调制器、绝对值模块与可变电感电流调节器。其中功率调节器根据检测参数快速得到电路调制比，增加了变换器的动态特性；可变电感电流调节器保证了可变电感电流运行于准临界模式，并且可使器件全部实现无损开关。本发明专利技术的实施可使光伏变换器实现快速的动态特性以及较高的变换效率。

A current quasi critical continuous + soft switching PV converter control device based on power prediction

The invention discloses a photovoltaic converter control device based on power prediction, which is a current quasi critical continuous device and a soft switching device. It includes main circuit, signal detection circuit and DSP digital controller. The main circuit includes two level inverter and rectifier power converter, variable inductance and high frequency transformer are connected in series; signal detection circuit comprises two voltage sensors and two current sensors; DSP digital controller with maximum power point tracking module, solar battery voltage regulator, power regulator, signal modulator, prediction module and absolute value variable inductance current regulator. According to the detection parameters, the power regulator quickly obtains the circuit modulation ratio and increases the dynamic characteristics of the converter. The variable inductor current regulator ensures the variable inductance current runs in the quasi critical mode, and enables all devices to achieve lossless switching. The implementation of the invention enables the PV converter to achieve fast dynamic characteristics and high conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于功率预测的一种电流准临界连续+软开关光伏变换器控制装置
本专利技术涉及一种基于功率预测方法的、电流准临界连续、器件实现软开关的光伏变换器控制装置，属于电力电子变换器的控制

技术介绍
光伏发电是可再生能源发电的重要形式，对于缓解目前严峻的污染形势有着积极而深远的意义。光伏电池所发电能不能直接被用电设备直接使用，需要通过功率变换器处理后得到稳定的电源形式，输送至用电设备或电网。对于小功率光伏变换器，设计人员更倾向于将变换器中电感电流设计工作在断续模式(DCM)或临界连续模式(BCM)，但随之而来的就是DCM时器件的电流应力较大，而BCM需要变频控制才能实现，这些成为制约小功率光伏变换器难以大范围推广的重要原因。此外，虽然电感电流工作于BCM或者DCM状态下，可以实现开关器件的零电流开关(ZCS)，但桥式电路中一半数量的开关器件在开通之前其端电压仍为输入电压，因此寄生电容中存储的能量在器件开通时被白白消耗掉，因此工作于DCM或BCM的变换器效率仍难以达到较高的值。传统的光伏变换器工作时要保证光伏电池的最大输出功率，通常控制光伏电池输出电压作为外环，电感电流作为内环。电压环的输出信号经电流内环调节再到信号输出调制驱动信号，需要一定的时间，这就使得变换器的动态性能较慢。因此，寻找适合光伏变换器的拓扑结构及其相应的控制装置，以保证光伏发电系统具有高效、可靠以及快速的动态响应特性是非常有必要的，本方案由此产生。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有的小功率光伏发电系统功率变换技术和控制技术的不足，本专利技术在光伏变换器中采用可变电感代替常用的感值固定的电感，使得器件在恒频工作状态下就实现准临界工作模式(BCM)；在BCM状态下，实现零电流开关(ZCS)的器件在开通时仍有一定的损耗，本专利技术在每半个开关周期检测可变电感电流，并进行闭环控制，使得变换器中所有的器件均实现无损开关；针对现有光伏变换器动态特性较慢的特征，采用功率预测控制方法，可大大提升变换器的动态特性。技术方案：一种基于功率预测的电流准临界连续+器件软开关的光伏变换器及其控制装置，包含主电路、信号检测电路以及DSP数字控制器。光伏变换器的主电路，其特征在于：包括光伏电池、输入侧滤波电容CPV、高频逆变器、可变电感、高频变压器、整流器、直流母线滤波电容CDC以及负载。其中光伏电池的正端与输入侧滤波电容CPV的正端以及高频逆变器的第一端子连接，光伏电池的负端与输入侧滤波电容CPV的负端以及高频逆变器的第二端子连接；高频逆变器的第三端子与高频变压器原边绕组W1的同名端连接；可变电感的主绕组两端分别是其第一端子与第二端子，可变电感主绕组第一端子与高频逆变器的第四端子连接，可变电感主绕组第二端子与高频变压器原边绕组W1的异名端连接；高频变压器副边绕组W2的同名端连接到整流器的第一端子，高频变压器副边绕组W2的异名端连接到整流器的第二端子；整流器的第三端子连接到直流母线滤波电容CDC的正端以及负载的第一端子，整流器的第四端子连接到直流母线滤波电容CDC的负端以及负载的第二端子；可变电感的辅助绕组两端分别是其第三端子与第四端子，并且将其连接到电压控制电流源的输出端。信号检测电路，其特征在于：包括第一电压传感器、第二电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器。其中第一电压传感器的输入端接到光伏电池的正、负端子上，第二电压传感器的输入端接到直流母线滤波电容CDC的正、负两端上；第一电流传感器的输入端与所述光伏电池相串联，第二电流传感器的输入端与所述可变电感主绕组相串联。DSP数字控制器，其特征在于：包括最大功率点跟踪模块、第一减法器、可变电感电流调节器、绝对值模块、第二减法器、光伏电池电压调节器、功率预测调节器以及信号调制器。其中最大功率点跟踪模块的两个输入端分别连接第一电压传感器的输出端以及第一电流传感器的输出端；第二减法器的正输入端、负输入端分别连接最大功率点跟踪模块的输出端与第一电压传感器的输出端，第二减法器的输出端连接到光伏池电压调节器的输入端；功率预测调节器的第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子分别连接第二电压传感器的输出端、光伏池电压调节器的输出端以及第一电压传感器的输出端；信号调节器的输入端连接到功率预测调节器的输出端，信号调节器的输出端信号作为高频逆变器中开关器件的驱动信号；绝对值模块的输入端连接第二电流传感器的输出端，第一减法器的正输入端与负输入端分别连接到DSP数字芯片产生的一常数信号IL*与绝对值模块的输出端；可变电感电流调节器的输入端连接到第一减法器的输出端，可变电感电流调节器的输出端连接到电压控制电流源的输入端。光伏电池电压调节器输出信号作为变换器的输出功率基准值P*，而功率预测调节器直接由检测参数得到所需要的变换器占空比，省去了传统方法中调节器的调节时间，加快了变换器的动态响应；可变电感电流调节器保证了可变电感电流运行于准临界连续状态，使得变换器中所有器件均运行于软开关状态，大大提高了光伏变换器的效率。有益效果：本专利技术中，采用可变电感+半周期内电感电流值控制的方案可以实现器件工作在准临界连续状态，一方面保证器件的电流应力较小，另一方面也实现了所有器件均无损开关；另外本专利技术采用的功率预测控制技术保证了光伏变换器具有较快的动态特性。综上，本专利技术的实施可以使小功率光伏发电系统具有高效率以及较高的性能指标。附图说明图1为本专利技术实施例的框图；图2为本专利技术实施例对应的桥式拓扑主电路；图3为本专利技术实施例的一个开关周期主要波形示意图；图4为本专利技术实施例模态1的工作原理图；图5为本专利技术实施例模态2的工作原理图；图6为本专利技术实施例模态3的工作原理图；图7为本专利技术实施例模态4的工作原理图；图8为本专利技术实施例模态5的工作原理图；图9为本专利技术实施例模态6的工作原理图；图10为本专利技术实施例可变电感以及电压控制电流源的原理图；图11为本专利技术实施例可变电感的感值随控制电流变化曲线图；图12为本专利技术实施例可变电感电流检测点示意图；图中符号名称：UPV——光伏电池输出电压；IPV——光伏电池输出电流；CPV——光伏电池滤波电容；Lr——可变电感；iL——可变电感电流；T——高频变压器；n——高频变压器变比；W1——高频变压器原边绕组；W2——高频变压器副边绕组；CDC——直流母线等效滤波电容；UDC——直流母线电压；IL*——可变电感电流在采样时刻的基准值；ILf——可变电感电流在采样时刻的反馈值；ILe——可变电感电流负反馈误差值；Ucon——可变电感控制电压值；UPVf——光伏电池输出电压反馈值；IPVf——光伏电池输出电流反馈值；UPV*——光伏电池输出电压基准值；UPVe——光伏电池输出电压负反馈误差值；P*——变换器输出功率基准值；UDCf——直流母线电压反馈值；D——变换器的占空比；uS——开关管的驱动信号；S1-S4——第一开关管至第四开关管；D1-D2——第一二极管至第二二极管；iin——变换器的输入侧电流；uAB——高频逆变器交流侧电压；uCD——倍压整流器交流侧电压；C1-C2——倍压整流器滤波电压；irec1-irec2——第一二极管电流至第二二极管电流；iDC——直流母线输出电流；Wr1-Wr2——可变电感的第一辅助绕组和第二辅助绕组；Wr——本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率预测的电流准临界连续+器件软开关的光伏变换器的主电路其特征在于：包括光伏电池、输入侧滤波电容CPV、高频逆变器、可变电感、高频变压器、整流器、直流母线滤波电容以及负载。其中光伏电池的正端与输入侧滤波电容CPV的正端以及高频逆变器的第一端子连接，光伏电池的负端与输入侧滤波电容CPV的负端以及高频逆变器的第二端子连接；高频逆变器的第三端子与高频变压器原边绕组W1的同名端连接；可变电感的主绕组两端分别是其第一端子与第二端子，可变电感主绕组第一端子与高频逆变器的第四端子连接，可变电感主绕组第二端子与高频变压器原边绕组W1的异名端连接；高频变压器副边绕组W2的同名端连接到整流器的第一端子，高频变压器副边绕组W2的异名端连接到整流器的第二端子；整流器的第三端子连接到直流母线滤波电容CDC的正端以及负载的第一端子，整流器的第四端子连接到直流母线滤波电容CDC的负端以及负载的第二端子；可变电感的辅助绕组两端分别是其第三端子与第四端子，将其连接到电压控制电流源的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率预测的电流准临界连续+器件软开关的光伏变换器的主电路其特征在于：包括光伏电池、输入侧滤波电容CPV、高频逆变器、可变电感、高频变压器、整流器、直流母线滤波电容以及负载。其中光伏电池的正端与输入侧滤波电容CPV的正端以及高频逆变器的第一端子连接，光伏电池的负端与输入侧滤波电容CPV的负端以及高频逆变器的第二端子连接；高频逆变器的第三端子与高频变压器原边绕组W1的同名端连接；可变电感的主绕组两端分别是其第一端子与第二端子，可变电感主绕组第一端子与高频逆变器的第四端子连接，可变电感主绕组第二端子与高频变压器原边绕组W1的异名端连接；高频变压器副边绕组W2的同名端连接到整流器的第一端子，高频变压器副边绕组W2的异名端连接到整流器的第二端子；整流器的第三端子连接到直流母线滤波电容CDC的正端以及负载的第一端子，整流器的第四端子连接到直流母线滤波电容CDC的负端以及负载的第二端子；可变电感的辅助绕组两端分别是其第三端子与第四端子，将其连接到电压控制电流源的输出端。2.一种基于功率预测的电流准临界连续+器件软开关的光伏变换器的信号检测电路，其特征在于：包括第一电压传感器、第二电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器。其中第一电压传感器的输入端接到光伏电池的正、负端子上，第二电压传感器的输入端接到直流母线滤波电容CDC的正、负两端上；第一电流传感器的输入端与所述光伏电池相串联，第二电流传感器的输入端与所述可变电感主绕组相串联。3.一种基于功率预测的电流准临界连续+器件软开关的光伏变换器的DSP数字控制器，其特征在于：包括最大功率点跟踪模块、第一减法器、可变电感电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚加荣，吴云亚，梁艳，吴冬春，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