一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法技术

本发明专利技术提供一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法，所述单相光伏并网逆变器的拓扑主电路包括直流源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R，记U0为输出交流电压的有效值，Ud为输入直流电压，其特征在于：设第一开关管Q1和第二开关管Q2构成前臂S1，第三开关管Q3和第四开关管Q4构成后臂S2，采用不同载波频率的SPWM脉冲分别控制前臂S1和后臂S2，记载波频率fs为前臂S1开关的开关频率，载波频率fm为后臂S2的开关频率，且fm＝nfs，并限定n的取值范围为

A method of reducing THD of single-phase photovoltaic grid connected inverter by wrong frequency modulation

【技术实现步骤摘要】
一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法
本专利技术涉及单相光伏并网
，尤其涉及单相逆变器降低逆变器THD(总谐波畸变率)的一种错频方法。
技术介绍
光伏并网是光伏发电的重要应用之一，然而光伏并网逆变器产生的谐波会对电网造成污染，降低光伏并网装置产生的THD可以有效减小对电网的污染，提高并网电能质量。大规模光伏电源并网使得大量的电力电子转换器被引入到电力系统中，从而大量的非线性负载也加入到供电系统中，会对电力系统造成严重污染，产生更严重的电能质量问题。其中，总谐波畸变率(THD)是衡量光伏并网电能质量的重要指标。近年来对降低光伏并网THD值进行了大量的研究。目前降低光伏并网THD主要有三种技术：1)改变逆变器的拓扑结构，并通过相应开关控制，产生多电平来降低THD；2)采用附加的解耦电路，用于提供所需要的脉动功率，来降低THD；3)从控制策略上进行优化，通过控制改变开关的切换算法来达到降低THD的目的。第一种方法采用多级逆变器(MLIs)，与传统逆变器两电平或者三电平相比，MLIs具有更高得输出电压水平，这使得MLIs的输出波形呈阶梯状，比传统逆变器更接近正弦。因此，MLIs使得THD降低。常用的多电平逆变器为级联H桥(CHB)逆变器缺乏储能元件以及隔离故障的能力。经过对拓扑结构的优化，具有较好的最大功率跟踪(MPPT)能力并降低了THD，然而它们拥有大量的半导体开关，增加了成本。之后为了减少半导体开关数量，在拓扑结构上进行优化。之后提出的拓扑结构改进方案，在保持THD和MPPT性能的基础上，尽可能的减少了半导体开关数量。然而，开关数量多的问题依旧存在。第二种方法采用附加的解耦电路，在单相并网的直流侧产生双线频功率脉动(double-line-frequency)。这种脉动对THD性能是不利的。普通的无源解耦电路的dc-link侧需要一个体积较大电解电容来吸收功率脉动，使得使用寿命受到限制。而有源解耦方法，可以降低功率解耦的电容，然而，这种方法增加了辅助电路，并且会使得效率有所损耗。最近有研究提出了一种在普通LC滤波的单相光伏并网逆变器中增加有源解耦的辅助电路，使得效率和THD性能相比基于LC滤波的单相并网有源解耦电路有所改善。然而，增加辅助电路依旧使得效率有所损耗。第三种方法是对并网逆变器的控制部分进行优化，通常是在控制逆变器开关通断的算法上进行优化。此外，近几年还提出将神经网络引入到逆变器控制当中。当进行结构和控制的双重改进，却增加了逆变器的开关，同时使用了专属的控制。这种方法虽然能够降低THD，然而由于增加了开关，使得成本增加，当系统参数不匹配时，会导致控制算法失效或者性能降低。当前，有学者提出使用调制技术将全桥逆变器的两个桥臂使用低频和高频两个频率分别对逆变器两个桥臂进行调制。可参见：安树怀,王明渝,邓威,李翀.可用于光伏并网的双频逆变器控制策略[J].电力自动化设备,2011,31(01):84-88.该方法要求低频开关的一个开关周期必须包括多个高频开关的开关周期，使得在一个低频开关周期内，存在四种工作模式。虽然这种逆变器开关频率双频控制方法，可以使逆变器输出电感上电流纹波相比于逆变器开关频率仅使用单低频控制的电流纹波要小，但依旧要远远高于逆变器开关频率仅使用高低频控制。导致的直接结果为，在逆变器输出性能(总谐波畸变率)上，该方法的输出性能(总谐波畸变率)介于逆变器两个桥臂使用全低频和全高频之间。由于这种方法并不能改善逆变器输出性能，使得这种双频调制方法不被实际使用。
技术实现思路
为了解决逆变器两个桥臂双频调制，比逆变器两个桥臂使用全高频调制输出性能(总谐波畸变率)要差的情况，本专利技术提出一种限定低频与高频比值的新型逆变器错频调制方法，并使得两个桥臂开关频率低频与高频比值尽量接近于1。本专利技术的技术方案提供一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法，所述单相光伏并网逆变器的拓扑主电路包括直流源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R，直流源DC提供直流电，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成桥式电路，输出滤波电感L和输出滤波电容C组成LC滤波电路，滤除高频的载波部分，负载R为输出电阻，记U0为输出交流电压的有效值，Ud为输入直流电压，其特征在于：设第一开关管Q1和第二开关管Q2构成前臂S1，第三开关管Q3和第四开关管Q4构成后臂S2，采用不同载波频率的SPWM脉冲分别控制前臂S1和后臂S2，记载波频率fs为前臂S1开关的开关频率，载波频率fm为后臂S2的开关频率，且fm＝nfs并限定n的取值范围为在取值范围内优选设置n的取值，使得两个桥臂开关频率低频与高频比值尽量接近于1。而且，所述在取值范围内优选设置n的取值，采用试凑法实现。而且，采用两个SPWM脉冲发生模块分别提供载波频率fs的SPWM脉冲和载波频率fm的SPWM脉冲。本专利技术提供的一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频技术方法，能够有效降低光伏并网装置对电网的污染，提高电能质量。本专利技术使用的错频调制，可以使得逆变器的输出电感上电流纹波，比逆变器开关频率使用全高频调制的输出电感上电流纹波要小。使用本专利技术的调制方法，可以使逆变器输出性能优于逆变器两个桥臂使用全高频情况。附图说明图1为本专利技术实施例中运用错频技术的LC结构逆变器。图2为本专利技术实施例提供的Q2与Q3开关管触发脉冲时序。图3为本专利技术实施例提供的载波频率不同的SPWM控制单元简化图。图4为现有技术中普通LC滤波逆变电路中电感上电流纹波、电感上电压、Q2与Q3时序图。图5为现有技术中普通LC滤波逆变电路一个开关周期内的电流纹波。图6为本专利技术实施例改进错频LC滤波逆变电路fm＝0.97fs中电感L上电流纹波、电感上电压、Q2与Q3时序图。图7为现有技术中普通LC滤波逆变电路THD值。图8为本专利技术实施例本错频技术下LC滤波逆变电路THD值。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术实施例提供的一种错频技术降低THD的方法，针对现有的单相逆变器拓扑主电路实现。所述单相逆变器拓扑主电路包括直流源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、输出滤波电感、输出滤波电容和负载。如图1所示，该交错拓扑电路包括直流源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R。所述的四个开关管采用金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。直流源DC提供直流电。第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成桥式电路。输出滤波电感L和输出滤波电容C组成LC滤波电路，滤除高频的载波部分。负载R为输出电阻，U0为输出交流电压的有效值，Ud为输入直流电压。所述直流源正极与所述线路第一开关管Q1上端相连，所述直流源负极与所述第二开关管Q2下端相连。具体电路连接方式为：所述第一开关管Q1下端与所述第二开关管Q2上端电连接。所述第二开关管Q2下端与所述第四开关管Q4下端相连。所述第三开关管Q3上端与所述第一开关管Q1上端相连，所述第三开关管Q3下端与所述第四开关管Q4上端相连。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法，所述单相光伏并网逆变器的拓扑主电路包括直流源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R，直流源DC提供直流电，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成桥式电路，输出滤波电感L和输出滤波电容C组成LC滤波电路，滤除高频的载波部分，负载R为输出电阻，记U0为输出交流电压的有效值，Ud为输入直流电压，其特征在于：设第一开关管Q1和第二开关管Q2构成前臂S1，第三开关管Q3和第四开关管Q4构成后臂S2，采用不同载波频率的SPWM脉冲分别控制前臂S1和后臂S2，记载波频率fs为前臂S1开关的开关频率，载波频率fm为后臂S2的开关频率，且fm＝nfs并限定n的取值范围为

【技术特征摘要】
1.一种降低单相光伏并网逆变器THD的错频调制方法，所述单相光伏并网逆变器的拓扑主电路包括直流源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、输出滤波电感L、输出滤波电容C和负载R，直流源DC提供直流电，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成桥式电路，输出滤波电感L和输出滤波电容C组成LC滤波电路，滤除高频的载波部分，负载R为输出电阻，记U0为输出交流电压的有效值，Ud为输入直流电压，其特征在于：设第一开关管Q1和第二开关管Q2构成前臂S1，第三开关管Q3和第四开关管Q4构成后臂S2，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健，陈庆东，刘松林，吕磊，陈凤娇，张慧，梁佳成，尤润川，许章茁，马浩，成玉爽，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42