一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法。该逆变器的主电路拓扑包括直流电源、输入电容、原边开关管、辅助电感、解耦电容、辅助开关管、辅助二极管、隔离变压器、截止二极管、滤波电容、极性反转逆变桥、滤波电感及电网；其控制方法为：输入电压和电流采样值经MPPT获得最大直流输入功率，电网电压采样值经PLL获得与其同频同相的正弦波，再通过电流基准生成、调制波生成模块、PWM模块、过零比较模块及逻辑电路，最终得到开关管控制信号来控制并网逆变器工作。本发明专利技术在变压器原边加入了由辅助电感、辅助开关管、辅助二极管和解耦电容构成的有源辅助单元，实现了直流输入侧二次纹波抑制和并网的双重功能。

A high efficiency photovoltaic grid connected inverter with active ripple suppression and its control method

The invention discloses a high efficiency photovoltaic grid connected inverter with active ripple suppression and a control method thereof. The main circuit topology of the inverter includes DC power, input capacitance, original side switch tube, auxiliary inductor, decoupling capacitor, auxiliary switch tube, auxiliary diode, isolation transformer, cut-off diode, filter capacitor, polarity reversal inverter bridge, filter inductor and power grid, and its control method is input voltage and current sampling. The maximum DC input power is obtained by MPPT. The voltage sampling value of the power grid obtains the sine wave of the same frequency as the same frequency, and then through the current datum generation, the modulation wave generation module, the PWM module, the zero crossing comparison module and the logic circuit, the control signal of the switch tube is finally obtained to control the grid connected inverter. In the original side of the transformer, the active auxiliary unit is composed of auxiliary inductor, auxiliary switch tube, auxiliary diode and decoupling capacitor, which realizes the dual function of two ripple suppression and grid connected in the DC input side.

【技术实现步骤摘要】
一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法
本专利技术涉及一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法，属于微型、并网逆变器，其利用增加的有源辅助单元来实现直流电源输入侧电流中二次纹波的抑制。
技术介绍
由于全球能源危机和环境污染等问题，光伏发电以其清洁、可持续等一系列优点，受到了人们关注，促使光伏产业得到了迅速发展。光伏电池板通过采用最大功率跟踪技术来实现其最大功率稳定输出，而并网侧输出功率含有的两倍电网频率的功率脉动，会传递到逆变器输入侧，若不解耦该功率脉动，将影响光伏板最大功率跟踪，降低光伏发电系统效率。因此，必须对光伏发电系统中逆变器输入侧的功率脉动进行有效抑制，同时使光伏并网逆变器具有与光伏电池板相匹配的寿命。一般而言，通过在直流侧并联大容量的电解电容来平滑输入功率是最简单的方法，但电解电容的寿命很短，远低于太阳能光伏板的寿命，且增加了维护成本。在电路中并联谐振频率为两倍电网频率的LC谐振支路，也能够抑制功率脉动，同时减小了电容值，但是该方法所需的电感感值和电容容值仍然较大，一定程度上降低系统功率密度。总而言之，采用无源器件来抑制逆变器并网侧引起的输入侧功率脉动的方法，存在着体积大、可靠性低、效率受限等不足。因此，研究能够有效抑制输入侧功率脉动的电路拓扑和控制策略，使得逆变器中的电容均可采用容值小、寿命长、可靠性高的薄膜电容，对于提高系统的功率密度以及可靠性，具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法，采用这种增加有源辅助单元的逆变器及其控制方法，可以有效抑制并网侧脉动功率引起的直流输入侧二次纹波电流，避免采用体积大、可靠性低的电解电容，延长逆变器的使用寿命，提高逆变器的效率。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术的一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器，包括直流电源、输入电容、原边开关管、隔离变压器、截止二极管、滤波电容、极性反转逆变桥、滤波电感及电网；其中直流电源的正极接输入电容的一端，直流电源的负极、输入电容的另一端和原边开关管的发射极相连接，原边开关管的集电极接隔离变压器的原边绕组异名端，极性反转逆变桥包括四个开关管，第一开关管的集电极和第三开关管集电极相连构成极性反转逆变桥的正输入端，第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥的负输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的负输出端，隔离变压器副边绕组的非同名端和截止二极管的阳极相连接，截止二极管的阴极、滤波电容的一端和极性反转逆变桥的正输入端相连接，滤波电容的另一端、隔离变压器副边绕组的同名端和极性反转逆变桥的负输入端相连接，滤波电感的一端接极性反转逆变桥的正输出端，滤波电感的另一端和电网的一端相连接，电网的另一端接极性反转逆变桥的负输出端；还包括由辅助电感、解耦电容、辅助二极管和辅助开关管构成的有源辅助单元，其中辅助二极管包括三个二极管，辅助开关管包括两个开关管，直流电源的正极、辅助电感的一端、解耦电容的一端和第一辅助二极管的阳极相连接，第一辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的发射极和隔离变压器原边绕组的同名端相连接，隔离变压器原边绕组的非同名端接第三辅助二极管的阳极，第三辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的集电极、解耦电容的另一端和第二辅助二极管的阴极相连接，第二辅助二极管的阳极、辅助电感的另一端和第一辅助开关管的集电极相连接，第一辅助开关管的发射极和直流电源的负极相连接。所述的有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器控制方法包括以下步骤：步骤A，检测输入电压信号，输入电流信号，解耦电容电压信号，电网电压信号；步骤B，将步骤A得到的输入电压信号和输入电流信号接入MPPT模块，获得最大直流输入功率；步骤C，将步骤A得到的解耦电容电压信号经过电压环，获得解耦电容电压扰动信号；步骤D，将步骤A得到的电网电压信号输入PLL模块，获得与电网电压同频同相的单位正弦波信号；步骤E，将步骤A得到的解耦电容电压信号、步骤B得到的最大直流输入功率、步骤C得到的解耦电容电压扰动信号、步骤D得到的单位正弦波信号一同输入电流基准生成模块得到输入电流基准、原边电流基准、辅助电感电流基准和模式2电流基准；步骤F，将步骤E得到的输入电流基准、原边电流基准、辅助电感电流基准和模式2电流基准接入调制波生成模块，获得第一、第二、第三、第四、第五调制波信号；步骤G，将步骤F得到的第一、第二、第三和第四调制波信号接入PWM模块，获得第一、第二、第三、第四逻辑信号；步骤H，将步骤A得到的电网电压信号和步骤F得到的第五调制波信号接入过零比较模块，获得第五、六逻辑信号；步骤I，将前述第一、第三、第五逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中第一和第五逻辑信号接入逻辑与门，同时第五逻辑信号接入逻辑非门后，和第三逻辑信号接入逻辑与门，再将逻辑与门得到的信号一同接入逻辑或门，获得原边开关管的控制信号；将前述第一、第二和第五逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中第一和第五逻辑信号接入逻辑与门，同时第二和第五逻辑信号接入逻辑与门，再将逻辑与门得到的信号一同接入逻辑异或门，获得第一辅助开关管的控制信号；将前述第四和第五逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中第五逻辑信号接入逻辑非门后，再和第四逻辑信号一同接入逻辑与门，获得第二辅助开关管的控制信号；将前述第六逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中第六逻辑信号先直接输出得到极性反转逆变桥的第一和第四开关管的控制信号，再经过逻辑非门得到极性反转逆变桥的第二和第三开关管的控制信号。本专利技术披露了一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器及其控制方法，其抑制了直流电源输入电流中的二次纹波分量。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，通过设置有源辅助单元，使解耦电容承担了功率脉动，保证了直流侧输入功率恒定，达到了系统中均可采用容值小、可靠性高的薄膜电容替代电解电容的目的。附图说明附图1是本专利技术的一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。附图2是本专利技术的一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器进一步等效电路图。附图3是本专利技术的一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器主要工作波形示意图。附图4～附图9是本专利技术的一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器的各开关模态示意图。附图10是本专利技术应用于110V/50Hz交流电网的输入电流、辅助电感电流、解耦电容电压、并网电流及电网电压的仿真波形。上述附图中的主要符号名称：Vin、电源电压。Cin、输入电容。Sp、原边开关管。Lx、辅助电感。Cx、解耦电容。Sx1、Sx2、均为辅助开关管。Dx1～Dx3、均为辅助二极管。T、隔离变压器。n1、隔离变压器原边绕组。n2、隔离变压器副边绕组。Lm、隔离变压器激磁电感。Ds、截止二极管。Cf、滤波电容。S1～S4、均为开关管。Lf、滤波电感。vx、解耦电容电压。vgrid、电网电压。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：附图1所示的是一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器主电路及其控制方法的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器，包括直流电源(Vin)、输入电容(1)、原边开关管(2)、隔离变压器(3)、截止二极管(4)、滤波电容(5)、极性反转逆变桥(6)、滤波电感(7)及电网，其中直流电源(Vin)的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极、输入电容(1)的另一端和原边开关管(2)的发射极相连接，原边开关管(2)的集电极接隔离变压器(3)的原边绕组异名端，极性反转逆变桥(6)包括四个开关管，第一开关管的集电极和第三开关管集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输入端，第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，隔离变压器(3)副边绕组的非同名端和截止二极管(4)的阳极相连接，截止二极管(4)的阴极、滤波电容(5)的一端和极性反转逆变桥(6)的正输入端相连接，滤波电容(5)的另一端、隔离变压器(3)副边绕组的同名端和极性反转逆变桥(6)的负输入端相连接，滤波电感(7)的一端接极性反转逆变桥(6)的正输出端，滤波电感(7)的另一端和电网的一端相连接，电网的另一端接极性反转逆变桥(6)的负输出端，其特征在于：还包括由辅助电感(8)、解耦电容(9)、辅助二极管(10)和辅助开关管(11)构成的有源辅助单元，其中辅助二极管(10)包括三个二极管，辅助开关管(11)包括两个开关管，直流电源(Vin)的正极、辅助电感(8)的一端、解耦电容(9)的一端和第一辅助二极管的阳极相连接，第一辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的发射极和隔离变压器(3)原边绕组的同名端相连接，隔离变压器(3)原边绕组的非同名端接第三辅助二极管的阳极，第三辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的集电极、解耦电容(9)的另一端和第二辅助二极管的阴极相连接，第二辅助二极管的阳极、辅助电感(8)的另一端和第一辅助开关管的集电极相连接，第一辅助开关管的发射极和直流电源(Vin)的负极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种有源辅助纹波抑制的高效率光伏并网逆变器，包括直流电源(Vin)、输入电容(1)、原边开关管(2)、隔离变压器(3)、截止二极管(4)、滤波电容(5)、极性反转逆变桥(6)、滤波电感(7)及电网，其中直流电源(Vin)的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极、输入电容(1)的另一端和原边开关管(2)的发射极相连接，原边开关管(2)的集电极接隔离变压器(3)的原边绕组异名端，极性反转逆变桥(6)包括四个开关管，第一开关管的集电极和第三开关管集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输入端，第二开关管的发射极和第四开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第三开关管的发射极和第四开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，隔离变压器(3)副边绕组的非同名端和截止二极管(4)的阳极相连接，截止二极管(4)的阴极、滤波电容(5)的一端和极性反转逆变桥(6)的正输入端相连接，滤波电容(5)的另一端、隔离变压器(3)副边绕组的同名端和极性反转逆变桥(6)的负输入端相连接，滤波电感(7)的一端接极性反转逆变桥(6)的正输出端，滤波电感(7)的另一端和电网的一端相连接，电网的另一端接极性反转逆变桥(6)的负输出端，其特征在于：还包括由辅助电感(8)、解耦电容(9)、辅助二极管(10)和辅助开关管(11)构成的有源辅助单元，其中辅助二极管(10)包括三个二极管，辅助开关管(11)包括两个开关管，直流电源(Vin)的正极、辅助电感(8)的一端、解耦电容(9)的一端和第一辅助二极管的阳极相连接，第一辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的发射极和隔离变压器(3)原边绕组的同名端相连接，隔离变压器(3)原边绕组的非同名端接第三辅助二极管的阳极，第三辅助二极管的阴极、第二辅助开关管的集电极、解耦电容(9)的另一端和第二辅助二极管的阴极相连接，第二辅助二极管的阳极、辅助电感(8)的另一端和第一辅助开关管的集电极相连接，第一辅助开关管的发射极和直流电源(Vin...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，袁涛，李梦南，章修齐，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32