双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法技术

本发明专利技术提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法分别采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器和电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器两种方式，实现了两种适用于不同条件下的有源阻尼致稳控制。通过采样滤波电容电压，在网侧输出滤波电感上串联虚拟电阻或在滤波电容两端并联虚拟电阻，并基于双有源桥型微逆变器移相控制的特点设置反馈项，从而大幅提高微逆变器的并网稳定性，改善输出电流的总谐波畸变率(THD)。本发明专利技术通过采用控制环中的有源阻尼，消除了无源阻尼带来的损耗和散热问题；同时有源阻尼的反馈系数可以灵活调节，使得本发明专利技术中的有源阻尼致稳控制方法可以适用于不同的电路参数和电路工况，具有较好的普适性。普适性。普适性。

Active damping stabilization control method of double active bridge micro inverter

【技术实现步骤摘要】
双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法


[0001]本专利技术涉及微逆变器有源阻尼控制
，具体地，涉及一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法。

技术介绍

[0002]微逆变器一般指是光伏发电系统中的功率小于等于1000W，且具备组件级最大功率点追踪能力的逆变器。与集中式和组串式光伏逆变系统不同，微逆变器直接与单个光伏组件进行连接。其优点是可以对每块组件进行独立的MPPT控制，在大幅提高整体效率的同时，也可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等。
[0003]根据直流母线的位置和结构特点，可以将微逆变器分为三大类：直流母线结构，伪直流母线结构和无直流母线结构。其中无直流母线的微逆变器为单级式电路，采用矩阵式控制，其所用开关器件数量少，转换效率高，因此更具有优势。而在无直流母线结构的微逆变器中，双有源桥(Dual active bridge,DAB)型微逆变器使用的开关器件数量最少，在具备DAB电路宽范围软开关的特性基础上，还改善了DAB电路轻载时效率较低的问题。
[0004]随着光伏微逆变器的结构越发复杂，微逆变器的并网稳定性变得越来越重要。目前并网逆变器的致稳方法分为两大类，一类是无源阻尼方法，通过在微逆变器的电容或电感上串/并联电阻，对L
‑
C滤波器的谐振尖峰进行阻尼，但是增加的电阻会产生较大的损耗，降低逆变器的效率；另一类是有源阻尼方法，通过在控制环路中增加前馈或反馈通路改变滤波器侧的输出阻抗或变换器侧的输入阻抗，但目前的并网逆变器有源阻尼只适用于工频周期内定增益的全桥逆变器，而由于DAB型微逆变器在工频周期内增益随着内外移相角的变化而变化，因此传统的有源阻尼方法并不适用。因此需要对适用于DAB型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法进行研究。
[0005]经过检索发现：
[0006]公开号为CN113241765A的中国专利技术专利申请《并网逆变器全等效并联电阻有源阻尼控制方法》，利用电容电压和电容电流同时作为反馈量进行控制，通过在基于电流环的虚拟电阻并联电容法基础上增加一条电容电压的反馈支路，为传递函数的特征方程中引入一次项系数1/Rd，使得主导极点得以左移从而减小了电流环相应的调节时间。反馈支路系数均为常数，可以通过计算得到，参数设计较方便。显著提高并网逆变器电流内环的响应速度，同时，无需在传统的电流环虚拟电阻并联电容法基础上额外增加传感器，不会增加工业成本。该有源阻尼控制方法仍然存在如下问题：该有源阻尼控制方法仅适用于传统的三相全桥逆变器，而对于双有源桥型微逆变器的基本工作原理和小信号模型均与全桥逆变器不同，且双有源桥型微逆变器为单相逆变器，因此该有源阻尼方法无法适用。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法通过分别采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器和电容并联虚
拟电阻有源阻尼控制器两种方式，实现了两种适用于不同条件下的有源阻尼致稳控制。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，将所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的输出电感串联一个虚拟电阻，通过所述虚拟电阻达到阻尼功能，实现所述微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：
[0009]所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样电路、电网电压采样电路和有源阻尼反馈项计算模块；其中，所述电容电压采样电路和所述电网电压采样电路的采样值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入，所述有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项，等效于一个虚拟电阻与所述微逆变器等效电路模型的输出电感串联，将所述反馈项与所述微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为所述微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，所述移相控制器据此形成所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对所述微逆变器的有源阻尼致稳控制；
[0010]建立所述微逆变器等效电路模型，包括：
[0011]构建直流电源V
oc
、直流源串联电阻R
pv
、直流侧母线电容C
bus
、受控电流源i
ac,in
、原副边匝比为1:n的理想变压器、受控电流源i
ac,out
、滤波电容C
g
、交流电网侧的滤波电感L
g
、电感绕线电阻R
L
以及直流脉动电源|v
g
|；所述直流电源V
oc
的正极与所述直流源串联电阻R
pv
的一端相连，所述直流源串联电阻R
pv
的另一端与所述直流侧母线电容C
bus
的正极相连，所述直流侧母线电容C
bus
的正极同时与所述理想变压器原边的正极相连，所述理想变压器原边的负极与所述直流电源V
oc
的负极相连，所述理想变压器副边的正极与所述受控电流源i
ac，in
的负极相连，所述理想变压器副边的负极与所述受控电流源i
ac，in
的正极相连，并同时与所述受控电流源i
ac，out
的负极相连，所述受控电流源i
ac，out
的正极与所述滤波电容C
g
的正极相连，并同时与所述交流电网侧的滤波电感L
g
的一端相连，所述交流电网侧的电感L
g
的另一端与所述电感绕线电阻R
L
的一端相连，所述电感绕线电阻R
L
的另一端与所述直流脉动电源|v
g
|的正极相连，所述直流脉动电源|v
g
|的负极与所述滤波电容C
g
的负极相连；
[0012]其中，所述交流电网侧的滤波电感L
g
即为所述微逆变器等效电路模型的输出电感。
[0013]可选地，所述电容电压采样电路对所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C
g
的电压进行采样，并将所述采样的采样量v
Cg
与所述微逆变器等效电路模型的网侧电压v
g
的差值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入。
[0014]可选地，所述反馈项R
d1
包括：
[0015][0016]式中，K1为定值部分，K2为移相角部分，R
L
为虚拟电阻部分；其中：
[0017]所述定值部分K1与所述微逆变器等效电路模型的电路参数相关，定义为式中，C
g
为滤波电容的容值，L
g
为网侧滤波电感的感值；
[0018]所述移相角部分K2与所述外移相角D2的取值范围相关，所述外移相角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，其特征在于，采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，将所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的输出电感串联一个虚拟电阻，通过所述虚拟电阻达到阻尼功能，实现所述微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样电路、电网电压采样电路和有源阻尼反馈项计算模块；其中，所述电容电压采样电路和所述电网电压采样电路的采样值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入，所述有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项，等效于一个虚拟电阻与所述微逆变器等效电路模型的输出电感串联，将所述反馈项与所述微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为所述微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，所述移相控制器据此形成所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对所述微逆变器的有源阻尼致稳控制；建立所述微逆变器等效电路模型，包括：构建直流电源V
oc
、直流源串联电阻R
pv
、直流侧母线电容C
bus
、受控电流源i
ac,in
、原副边匝比为1:n的理想变压器、受控电流源i
ac,out
、滤波电容C
g
、交流电网侧的滤波电感L
g
、电感绕线电阻R
L
以及直流脉动电源|v
g
|；所述直流电源V
oc
的正极与所述直流源串联电阻R
pv
的一端相连，所述直流源串联电阻R
pv
的另一端与所述直流侧母线电容C
bus
的正极相连，所述直流侧母线电容C
bus
的正极同时与所述理想变压器原边的正极相连，所述理想变压器原边的负极与所述直流电源V
oc
的负极相连，所述理想变压器副边的正极与所述受控电流源i
ac,in
的负极相连，所述理想变压器副边的负极与所述受控电流源i
ac,in
的正极相连，并同时与所述受控电流源i
ac,out
的负极相连，所述受控电流源i
ac,out
的正极与所述滤波电容C
g
的正极相连，并同时与所述交流电网侧的滤波电感L
g
的一端相连，所述交流电网侧的电感L
g
的另一端与所述电感绕线电阻R
L
的一端相连，所述电感绕线电阻R
L
的另一端与所述直流脉动电源|v
g
|的正极相连，所述直流脉动电源|v
g
|的负极与所述滤波电容C
g
的负极相连；其中，所述交流电网侧的滤波电感L
g
即为所述微逆变器等效电路模型的输出电感。2.根据权利要求1所述的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，其特征在于，所述电容电压采样电路对所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C
g
的电压进行采样，并将所述采样的采样量v
Cg
与所述微逆变器等效电路模型的网侧电压v
g
的差值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入。3.根据权利要求1所述的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，其特征在于，所述反馈项R
d1
包括：式中，K1为定值部分，K2为移相角部分，R
L
为虚拟电阻部分；其中：所述定值部分K1与所述微逆变器等效电路模型的电路参数相关，定义为式中，C
g
为滤波电容的容值，L
g
为网侧滤波电感的感值；所述移相角部分K2与所述外移相角D2的取值范围相关，所述外移相角D2为所述微逆变
器的变压器原边方波电压的基波和变压器副边方波电压的基波错开的角度，当所述外移相角D2满足(1
‑
D1)/2＜|D2|≤0.5或满足0≤|D2|≤D1/2时，所述移相角部分K2定义为当所述外移相角D2满足D1/2＜|D2|≤(1
‑
D1)/2时，所述移相角部分K2定义为式中，n为高频变压器副边和原边的匝比，v
pv
为直流侧母线电容电压，f
sw
为原副边方波电压的频率，L
k
为变压器折算到副边的漏感感值，D1为内移相角，所述内移相角D1为所述微逆变器的变压器原边方波电压负上升沿和变压器原边方波电压正上升沿错开的角度；所述虚拟电阻部分R
L
为与所述微逆变器等效电路模型的交流电网侧的滤波电感串联的虚拟电阻，定义为式中，C
g
为滤波电容的容值，L
g
为交流电网侧的滤波电感的感值。4.根据权利要求3所述的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，其特征在于，所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据所述微逆变器等效电路模型的网侧电压v
g
的正负确定，包括：若网侧电压v
g
＞10V，则所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出为若网侧电压v
g
＜
‑
10V，则所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出为；若网侧电压
‑
10V≤v
g
≤10V，则所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出为0；其中，v
Cg
为滤波电容C
g
的电压；所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出与所述电流环闭环控制器的输出相减，作为所述移相控制器的输入，通过所述移相控制器输出驱动信号控制所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管动作，进而控制所述微逆变器输出对应的原副边方波电压。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，其特征在于，所述方法在满足以下任意一个条件时使用：
‑
所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C
g
的容值满足C
g
≥50nF；
‑
所述微逆变器等效电路模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨骐箐，李睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：