基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于O‑HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法。所述混合调制方法采用自然换流型单极性调制方法，根据逆变器输出瞬时功率的极性对窄脉宽限制区域采用了精确的补偿调制方法，并且调整了调制中死区插入的区域，消除死区产生的电流畸变。自然换流型单极性调制方法为桥臂开关与其中一个交流旁路开关进行高频(开关频率)互补切换，另一个交流旁路开关工频(电网频率)动作；窄脉宽限制区域改变调制方法产生三种电平(即+Udc，0，‑Udc，Udc为直流母线电压)，合理调节三种电平的脉冲宽度，合成存在窄脉宽限制的期望电压；逆变器输出瞬时功率为正时，死区时间插在续流时间部分，逆变器输出瞬时功率为负时，死区插在导通时间部分。本发明专利技术从调制方法上实现了O‑HERIC单相逆变器的高转换效率，无功功率调节能力和良好的电能质量的特性。

A Hybrid Modulation Method Based on Narrow Pulse Width Limit Compensation for O-HERIC Single-Phase Inverter

The present invention relates to a hybrid modulation method based on narrow bandwidth compensation of O_HERIC single-phase inverters. The hybrid modulation method adopts the natural commutation unipolar modulation method. According to the polarity of the output instantaneous power of the inverter, the precise compensation modulation method is adopted in the narrow pulse width limited area, and the insertion area of the dead zone in the modulation is adjusted to eliminate the current distortion caused by the dead zone. The natural commutation unipolar modulation method is that the bridge arm switch and one of the AC bypass switches make high frequency (switching frequency) complementary switching and the other AC bypass switch operates at power frequency (grid frequency). Three levels (i.e. +Udc, 0,Udc, Udc is DC bus voltage) are generated by changing the modulation method in the narrow pulse width limited area, and the pulse width of the three levels is reasonably adjusted, and the synthesis is narrow. The expected voltage with pulse width limitation; when the instantaneous power of the inverter is positive, the dead time is interpolated in the continuation time part, when the instantaneous power of the inverter is negative, and the dead time is interpolated in the turn-on time part. The invention realizes the characteristics of high conversion efficiency, reactive power regulation ability and good power quality of O_HERIC single-phase inverters from the modulation method.

【技术实现步骤摘要】
基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法
本专利技术涉及新能源光伏发电
，具体涉及基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法。
技术介绍
近几十年来，太阳能作为主要的新能源之一，其发电技术产业受到了全球各国的大力推进，缓解了化石能源危机与环境污染问题。光伏发电厂的装机容量已经达到了一定的程度，需要选择特定的地理位置以及大量的占地面积。而将中小功率光伏产业以入户式推广，能够节约光伏装机的占地面积，大幅度的增加光伏的装机和发电量。作为光伏发电并网的重要枢纽，中小功率的光伏电能转换装置显得尤为重要。特别是在新能源渗透率逐年增长，在能源系统中所占比重越来越大的趋势下，光伏发电系统并网技术逐渐向并网友好型、电网支撑型发展。入户式的光伏发电装置需要具有转换效率高、体积小、功率密度大、可靠性能高和电磁兼容性好等性能。因此，其电能转换装置一般都选用无变压器型的单相逆变器。具有电气隔离的低频变压器的移除，减小了装置的体积，提高了转换效率，但是漏电流问题随之而来。因此，国内外学者提出了很多的抑制漏电流的单相逆变器拓扑，包括H5、H6、HERIC(高效高可靠性逆变器)、O-HERIC(中点钳位型HERIC)等。其中，O-HERIC型逆变器能够在续流期间通过中点钳位电路将共模电压牢牢的钳位在一个常值，从而有效的抑制漏电流的问题，提高了转换效率。本专利技术的混合调制方法研究对象选择O-HERIC型逆变器。现有的无变压器型的单相光伏逆变器的调制方法通常很难兼顾高转换效率、无功功率调节以及高电能质量等三大特性。因此，本专利技术在不增加额外器件成本的前提下，分区域采用不同的调制方法。以自然换流调制方法获得宽范围的无功功率调节能力；以精确的窄脉宽补偿调制方法和死区调节方法获得高电能质量的性能；与此同时，混合调制方法因大部分时间都是单极性调制而拥有高转换效率。本专利技术所提的混合调制方法能够同时满足高转换效率、高电能质量和无功功率调节三大性能。
技术实现思路
针对现有无变压器单相逆变器调制技术的不足，本专利技术提供一种基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，以满足无变压器型单相光伏逆变器高转换效率、高电能质量以及无功功率可调的要求，为智能化、高转换效率、高可靠性的光伏发电技术奠定一定的基础。本专利技术提供了一种基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，所述混合调制方法包括：自然换流的单极性调制方法、窄脉宽限制区域的精确补偿调制方法，以及消除死区影响的补偿方法；其中，根据O-HERIC单相逆变器的参考电压Vref和电感电流ig的情况划分为下述6个区域：1)区域1：ωt∈[0，θlim)；2)区域2：ωt∈[θlim,π-θlim)；3)区域3：ωt∈[π-θlim,π)；4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π-θlim)；6)区域6：ωt∈[2π-θlim,2π)；其中θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值，区域2、5采用自然换流的单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法。进一步的，所述混合调制方法包括：在区域2、5，采用自然换流的单极性调制方法，其开关的切换方式为：1)区域2，开关S1，S4与S5，S7高频互补切换，S6一直处于接通状态，切换期间插入死区，S2和S3一直处于断开状态；2)区域5，开关S2，S3与S6，S7高频互补切换，S5一直处于接通状态，切换期间插入死区，S1和S4一直处于断开状态，S5，S6，S7为中点钳位旁路开关。进一步的，所述混合调制方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率为正，此时Vrefig>0，即单位功率因数时的区域1、3、4、6与非单位功率因数时的区域3、6，采用相同的补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和+Udc电平，切换过程插入死区，获得-Udc电平,S2和S3处于断开状态；2)Vref<0，开关S2，S3和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和-Udc电平，切换过程插入死区，获得+Udc电平，S1和S4处于断开状态，其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。进一步的，所述方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率Vrefig为负，此时Vrefig<0，即非单位功率因数时的区域1、4，采用另一种补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4，中点钳位旁路开关S5，S6，S7与开关S2，S3高频互补切换，获得0电平，+Udc电平，和-Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出+Udc电平；2)Vref<0，开关S2，S3，中点钳位旁路开关S5，S6，S7和开关S1，S4高频互补切换，获0电平，-Udc电平和+Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出-Udc电平；其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。进一步的，采用自然换流的单极性调制方法时，所述区域2和5插入死区方法包括：1)逆变器输出瞬时功率为正，由于死区时间产生0电平，在续流时间部分插入死区；2)逆变器输出瞬时功率为负时，由于死区时间产生与期望电压相同极性的±Udc电平，在导通时间部分插入死区，此时的死区时间大于功率器件开通关断时信号上升下降时间相加之和，具体应用具体设置，其中Udc表示直流母线电压。进一步的，所述划分的区域需要确定窄脉宽区域，所述确定窄脉宽区域的方法包括：对单相逆变器进行建模，得到等效电路，所述等效电路的电压方程为：其中vg(t)＝Vmsin(ωt)，ig(t)＝Imsin(ωt-α)，vAB＝dUdc；vAB(t)＝Vmsin(ωt)+LωImcos(ωt-α)；稳态情况下，LωImcos(ωt-α)可以忽略不计，可得开关的占空比当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，功率开关不能正常开通，在窄脉宽限制区域将会产生电流畸变，区域1、3、4、6可表示为：其中，vL(t)表示电感电压瞬时值；vAB(t)表示逆变器输出电压瞬时值；ig(t)表示电感电流瞬时值；L表示逆变器的滤波电感；Vm表示电网电压的峰值；Im表示电感电流的峰值；ω表示电网电压的角频率；d表示脉宽调制的占空比；Udc表示直流母线电压；α表示逆变器的并网功率因数角；dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比；θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值。进一步的，所述的输出瞬时功率为正的窄脉宽补偿调制方法包括：输出瞬时功率为正的精确窄脉宽限制补偿，当开关的占空比d小于窄脉宽限制dlim时，即d<dlim时，为了使开关正常开通，占空比加补偿d＝d+dm，该补偿的dm产生的电平将会利用死区时间产生极性相反的电平抵消，以获得期望的输出电压Vref，其中死区宽度为dm/2，计算所述补偿方式下逆变器输出的瞬时电压为：其中，d表示脉宽调制的占空比，Udc表示直流母线电压，dlim表示功率开关窄脉宽限制占空比，dm表示最小窄脉冲限制的补偿脉宽，必须大于dlim。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于O‑HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，其特征在于，所述混合调制方法包括：自然换流的单极性调制方法、窄脉宽限制区域的精确补偿调制方法，以及消除死区影响的补偿方法；其中，根据O‑HERIC单相逆变器的参考电压Vref和电感电流ig的情况划分为下述6个区域：1)区域1：ωt∈[0，θlim)；2)区域2：ωt∈[θlim,π‑θlim)；3)区域3：ωt∈[π‑θlim,π)；4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π‑θlim)；6)区域6：ωt∈[2π‑θlim,2π)；其中θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值，区域2、5采用自然换流的单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法。

【技术特征摘要】
1.基于O-HERIC单相逆变器带窄脉宽限制补偿的混合调制方法，其特征在于，所述混合调制方法包括：自然换流的单极性调制方法、窄脉宽限制区域的精确补偿调制方法，以及消除死区影响的补偿方法；其中，根据O-HERIC单相逆变器的参考电压Vref和电感电流ig的情况划分为下述6个区域：1)区域1：ωt∈[0，θlim)；2)区域2：ωt∈[θlim,π-θlim)；3)区域3：ωt∈[π-θlim,π)；4)区域4：ωt∈[π，π+θlim)；5)区域5：ωt∈[π+θlim,2π-θlim)；6)区域6：ωt∈[2π-θlim,2π)；其中θlim表示窄脉宽限制补偿区域的界值，区域2、5采用自然换流的单极性调制方法；区域1、3、4、6采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法。2.根据权利要求1所述的混合调制方法，其特征在于，所述混合调制方法包括：在区域2、5，采用自然换流的单极性调制方法，其开关的切换方式为：1)区域2，开关S1，S4与S5，S7高频互补切换，S6一直处于接通状态，切换期间插入死区，S2和S3一直处于断开状态；2)区域5，开关S2，S3与S6，S7高频互补切换，S5一直处于接通状态，切换期间插入死区，S1和S4一直处于断开状态，其中S5，S6，S7为中点钳位旁路开关。3.根据权利要求1或2所述的混合调制方法，其特征在于，所述方法包括：在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率为正，此时Vrefig>0，即单位功率因数时的区域1、3、4、6与非单位功率因数时的区域3、6，采用相同的补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和+Udc电平，切换过程插入死区，获得-Udc电平,S2和S3处于断开状态；2)Vref<0，开关S2，S3和中点钳位旁路开关S5，S6，S7高频互补切换，获得0电平和-Udc电平，切换过程插入死区，获得+Udc电平，S1和S4处于断开状态，其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。4.根据权利要求1或2所述的混合调制方法，其特征在于，在区域1、3、4、6，采用窄脉宽限制的精确补偿调制方法，逆变器输出瞬时功率Vrefig为负，此时Vrefig<0，即非单位功率因数时的区域1、4，采用另一种补偿调制方式：1)Vref>0，开关S1，S4，中点钳位旁路开关S5，S6，S7与开关S2，S3高频互补切换，获得0电平，+Udc电平，和-Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出+Udc电平；2)Vref<0，开关S2，S3，中点钳位旁路开关S5，S6，S7和开关S1，S4高频互补切换，获0电平，-Udc电平和+Udc电平，切换过程插入死区，死区时间逆变器输出-Udc电平；其中Udc表示直流母线电压，Vref表示参考电压，ig表示电感电流。5.根据权利要求1或2或3所述的混合调制方法，其特征在于，采用自然换流的单极性调制方法时，所述区域2和5插入死区方法包括：1)逆变器输出瞬时功率为正，由于死区时间产生0电平，在续流时间部分插入死区；2)逆变器输出瞬时功率为负时，由于死区时间产生与期望电压相同极性的±Udc电平，在导通时间部分插入死区，此时的死区时间大于功率器件开通关断时信号上升下降时间相加之和，具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟梅，唐忠廷，程斌，王辉，孙尧，郭斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43