一种即插即用型有源解耦电路的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，涉及并网逆变器直流母线串联型有源解耦电路中主解耦电容反馈解耦缓冲器控制参考信号的控制系统，解耦缓冲器输出的电压与主解耦电容中的脉动电压相抵消实现母线电压近似无纹波，解耦缓冲器的控制参考信号采样于有源解耦电路内部，与外部电路仅有功率端口连接而可实现即插即用；加入插值预测补偿，使有源解耦电路的阻抗特性在解耦频率处完全等效常规电解电容以实现最佳解耦效果；本发明专利技术实现母线解耦电容容值减小的同时，并具备无功运行工作能力和空载

【技术实现步骤摘要】
一种即插即用型有源解耦电路的控制方法


[0001]本专利技术属于并网逆变器直流母线功率解耦控制相关
，具体涉及一种即插即用型有源解耦电路的控制方法。

技术介绍

[0002]在单相光伏逆变器并网应用中，电网侧存在两倍电网频率的功率脉动，导致直流母线有大电压纹波。为实现光伏电池板最大功率输出，要求直流侧电压纹波满足标准限制要求。电解电容因其安装简单、成本低等优点，常被用来实现直流侧脉动功率解耦。但是由于液体电介质和纹波电流限制，电解电容无源解耦模块以大电容组的形式并联在直流母线上，功率损耗高，可靠性和功率密度低。
[0003]目前光伏市场对单相并网逆变器的功率密度、重量、成本提出了更高要求。由于电网频率限制，交流输出滤波器和直流母线解耦电容等无源器件是导致逆变器体积大的主要原因。开关器件高频化和软开关技术的应用可减小交流滤波器体积，但脉动功率仅与功率等级、直流母线电压和电网频率有关，高频化不会减小直流侧解耦电容。与电解电容相比，陶瓷电容和薄膜电容采用固体电介质，效率和可靠性更高，但单位体积容值密度低，直接进行等容值替换会导致更大的体积损耗。有源功率解耦技术通过引入可控开关器件，能有效降低解耦电容容值，实现陶瓷或薄膜电容的应用，能够进一步提高逆变器的可靠性和功率密度。在采用有源方案替换无源解耦方案实现可靠性和功率密度进一步提高的同时，希望有源解耦电路能够实现即插即用，且阻抗特性和电解电容一致以获得最佳解耦效果，并能实现容性无功运行和突加
‑
突降负载运行。
[0004]因此，如果能够找到一种控制方案实现有源解耦电路中的解耦缓冲器的控制信号与主电路信号无耦合，实现有源解耦电路阻抗特性与常规电解电容阻抗特性一致的同时，且同时能实现即插即用，这将增加有源解耦方案的实用性。

技术实现思路
:
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，实现有源解耦电路中的控制信号与主电路信号无耦合，同时实现有源解耦电路阻抗特性与常规电解电容阻抗特性一致。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述的一种即插即用型有源解耦电路的控制方法采用的有源解耦电路结构包括主解耦电容和解耦缓冲器；
[0007]所述的即插即用型有源解耦电路的控制方法提取主解耦电容两端脉动电压作为解耦缓冲器控制参考信号，包括插值预测模块、带通滤波器模块、第一减法器模块、第二减法器模块、解耦缓冲器电压控制模块和损耗补偿相移模块。在每个控制周期内采样得到的主解耦电容电压，经过插值预测模块和带通滤波器模块后产生第一输出信号；第一输出信号同时也接入损耗补偿相移模块；然后在每个控制周期内采样得到的解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压与给定参考电压共同接入第二减法器模块输入端，第二减法器模块输出
端接入解耦缓冲器电压控制模块输入端，解耦缓冲器电压控制模块输出与损耗补偿相移模块输出的乘积为第二输出信号；第一输出信号与第二输出信号经过第一减法器模块产生调制波，经过PWM模块产生驱动信号，控制解耦缓冲器输出电压。
[0008]采样获取主解耦电容两端电压v
C1
，主解耦电容两端电压v
C1
进入插值预测模块进行幅值和相位补偿，然后进入带通滤波器模块提取主解耦电容两端电压v
C1
中的脉动电压分量Δv
C1
，脉动电压分量Δv
C1
反向180
°
后作为解耦缓冲器的主控制信号；第一减法器模块实现脉动电压分量Δv
C1
的180
°
相移。
[0009]所述的电压控制方案采样解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压v
C2
，解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压v
C2
与直流恒定参考值V
C2.ref
作差，得到电压偏差；电压偏差进入解耦缓冲器电压控制模块进行控制延迟补偿和PI控制调节后的输出量与损耗补偿相移模块的输出量相乘后得到电压偏差补偿量；电压偏差补偿量和解耦缓冲器的主控制信号
‑
Δv
C1
的和作为解耦缓冲器的瞬时控制参考信号v
C3.ref
。
[0010]采用所述的电压控制方案的串联型有源解耦电路中仅需要采样解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压v
C2
和主解耦电容两端电压v
C1
的两个电压传感器，解耦缓冲器的控制信号与主电路信号无耦合，可实现有源解耦电路即插即用。
[0011]加入插值预测后的串联型有源解耦电路的阻抗特性为：
[0012][0013]上式中，C1为有源解耦电路解耦电容，C2为有源解耦电路中全桥缓冲器直流侧支撑电容，α为比例因子，V
tric
为三角载波峰值，G
BPF
(s)为带通滤波器传递函数，G
LPF
(s)是低通滤波器传递函数，G
inter
(s)是插值预测传递函数，V
C2.ref
为有源解耦电路中全桥缓冲器直流侧支撑电容预充电电压值，V
C3.ref
为解耦缓冲器输出参考电压幅值。
[0014]所述的电压控制方案中的G
BPF
(s)为带通滤波器传递函数，用来提取主解耦电容两端脉动电压，G
LPF
(s)是低通滤波器传递函数，用来获得解耦缓冲器直流侧支撑电容两端电压平均值，G
inter
(s)为插值预测传递函数，用来对控制器延迟进行补偿。
[0015]损耗补偿相移模块使Δv
C1
相移90
°
，微分系数数值等于主解耦电容容值C1。
[0016]所述的使用基于插值预测的电压控制方案的串联型有源解耦电路的阻抗特性与常规电解电容的阻抗特性在解耦频率处一致。
[0017]此外，本专利技术还公开了一种计算机可读的存储介质，存储有指令，所述指令被执行的时候，能够实现上述任一所述的方法。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术所述的一种即插即用型有源解耦电路的控制方法实现解耦缓冲器的控制参考信号采样于有源解耦电路内部，与外部电路仅有功率端口连接而可实现即插即用；加入插值预测补偿，使有源解耦电路的阻抗特性在解耦频率处完全等效常规电解电容以实现最佳解耦效果。本专利技术实现母线解耦电容容值减小的同时，并具备无功运行工作能力和空载
‑
满载转换的动态切换能力，使串联型有源解耦方案具有更好的稳定裕度和动态特性。
附图说明
[0020]图1为直流母线有源解耦电路等效电路图及其控制电路示意图；
[0021]图2为本专利技术阻抗特性优化效果示意图；
[0022]图3为本专利技术的硬件实物图；
[0023]图4和图5为本专利技术单位功率因数运行有效性示意图；
[0024]图6和图7为本专利技术容性无功运行有效性示意图；
[0025]图8和图9为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，其特征在于，包括有源解耦电路，所述的有源解耦电路包括主解耦电容和解耦缓冲器；所述的即插即用型有源解耦电路的控制方法提取主解耦电容两端脉动电压作为解耦缓冲器控制参考信号，包括插值预测模块、带通滤波器模块、第一减法器模块、第二减法器模块、解耦缓冲器电压控制模块和损耗补偿相移模块。在每个控制周期内采样得到的主解耦电容电压，经过插值预测模块和带通滤波器模块后产生第一输出信号；第一输出信号同时也接入损耗补偿相移模块；然后在每个控制周期内采样得到的解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压与给定参考电压共同接入第二减法器模块输入端，第二减法器模块输出端接入解耦缓冲器电压控制模块输入端，解耦缓冲器电压控制模块输出与损耗补偿相移模块输出的乘积为第二输出信号；第一输出信号与第二输出信号经过第一减法器模块产生调制波，经过PWM模块产生驱动信号，控制解耦缓冲器输出电压。2.根据权利要求1所述一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，其特征在于：采样获取主解耦电容两端电压v
C1
，主解耦电容两端电压v
C1
进入插值预测模块进行幅值和相位补偿，然后进入带通滤波器模块提取主解耦电容两端电压v
C1
中的脉动电压分量Δv
C1
，脉动电压分量Δv
C1
反向180
°
后作为解耦缓冲器的主控制信号。3.根据权利要求1所述一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，特征在于：第一减法器模块实现脉动电压分量Δv
C1
的180
°
相移。4.根据权利要求1所述一种即插即用型有源解耦电路的控制方法，特征在于：采样解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压v
C2
，解耦缓冲器直流侧支撑电容两端的电压v
C2
与直流恒定参考值V
C2.ref
作差，得到电压偏差；电压偏差进入解耦缓冲器电压控制模块进行控制延迟补偿和PI控制调节后的输出量与损耗补偿相移模块的输出量相乘后得到电压偏差补偿量；电压偏差补偿量和解耦缓冲器的主控制信号
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖华锋，周林伟，李明明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：