一种应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法，针对反激式变换器输出端为交流电压源特性的电网，且需要对瞬时功率进行精确控制的特殊应用。反激式变换器工作于电流临界连续模式，主功率开关管零电压开通，主功率开关管漏源级间等效电容通过ＬＣ谐振将能量回馈至输入电压母线，实现了主功率开关管的关断软化，提高了变换器效率、实现了高功率密度、并降低了开关过程中产生的电磁干扰，从而延长了变换器工作寿命，相对于传统的模拟方式实现软开关，数字实现方式电路简单，精度高，可靠性高，成本低，有利于高端数字电源类产品的推广应用，实现本发明专利技术的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种软开关控制方法，特别涉及一种太阳能光伏并网发电领域，应用 于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法。
技术介绍
太阳能作为取之不尽、用之不竭的新能源，正在获得巨大的经济效益和社会效益。 作为利用太阳能进行发电的重要工具，光伏并网逆变器也由传统的两级式集中逆变器向多 种拓扑形式和功率等级发展，特别是单级式光伏并网逆变器，以其控制简单、低成本、高效 率、高可靠性、易于扩展等优点获得了极大的关注与应用。由于单级式光伏并网逆变器的特 殊应用场合，即户外、免维护、以及需要与光伏组件集成等，对于它的可靠性、效率和功率密 度等提出了更高的要求。一方面，要求单级式光伏并网逆变器具有高功率密度，因此单级式光伏并网逆变 器需要高频开关；另一方面，要求单级式光伏并网逆变器具有高变换效率，而高频开关意味 着高的开关损耗，为了解决高功率密度与高效率需求之间的矛盾，往往需要对单级式光伏 并网逆变器的变换器功率开关管进行软化处理，即采用软开关方式。通过软开关方式，不仅 能够降低开关损耗，提高变换效率，而且能够减小功率开关管造成的高频电磁干扰，提高单级式光伏并网逆变器的变换器的可靠性与电磁兼容性。目前的反激变换器的软开关技术，都是基于模拟控制，即以检测漏源级电压过零 点为实现软开关条件，硬件电路比较复杂，且基本上应用于DC-DC变换。由于是DC-DC变换 且输出端为无源负载，软开关的实现只以输出电压为控制目标，并不对瞬时功率进行控制。 而应用于单级式光伏并网逆变器的反激式变换器，由于输出端为有源负载即具有交流电压 源特性的电网，且需要对瞬时功率进行精确控制，因此需要全新的软开关控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方 法，针对现有单级式光伏并网逆变器的应用需求，从而提高变换器效率、实现高功率密度、 并降低开关过程中产生的电磁干扰，提高变换器的电磁兼容性与可靠性，延长变换器工作寿命ο本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现—种应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法，其特征在于，它包括 如下步骤(1)获取当前时刻的光伏并网逆变器的输入电压和输出电压的瞬时值、光伏并网 逆变器的峰值功率及当前时刻电网电压的电角度；(2)根据光伏并网逆变器的峰值功率和当前时刻电网电压的电角度，得到光伏并 网逆变器瞬时功率 P。= Pop · Sin2 ω Gt, Pop = Ugp · Iop ；其中，Ptff为光伏并网逆变器的峰值功率，Ugp为电网电压峰值，I。p为并网电流峰值，We为电网电压的角频率；(3)根据光伏并网逆变器中变压器的伏秒平衡关系有‘《w =^<l~d)-Ts 得到光伏并网逆变器中主功率开关管的占空比-— =M|.f ■ 其中，Ts为主功率开关管的开关周期，uPV为光伏侧电压瞬时值(即光伏并网逆 变器的输入电压的瞬时值)，Ue为电网电压瞬时值(即光伏并网逆变器的输出电压的瞬时 值)，d为占空比，N为光伏并网逆变器的变压器的原副边匝数比；(4)由每个开关周期内的能量关系I、·、1 =ZVsin2^ns 其中 得到主功率开关管的开关周期为& 其中，Lp为光伏并网逆变器的变压器原边电感，Ptff为光伏并网逆变器的峰值功率， I为电网电压的角频率，uPV为光伏侧电压瞬时值(即光伏并网逆变器的输入电压的瞬时 值)，d为占空比，Ts为主功率开关管的开关周期； (5)计算谐振周期7； =2π际，其中，Lp为光伏并网逆变器的变压器原边电感，Cp 为主功率开关管漏极和源极间的等效电容；(6)在根据上述步骤计算得到的光伏并网逆变器的主功率开关管的开关周期上加 上二分之一谐振周期的修正值得到主功率开关管的开通时间，根据光伏并网逆变器的主功 率开关管的占空比、开关周期和开通时间给出的主功率开关管的驱动PWM脉冲并输入主功 率开关管驱动电路并控制主功率开关管在主功率开关管的漏极和源极之间电压为零时开在本专利技术的一个实施例中，所述光伏并网逆变器的主功率开关管的漏极和源极之 间的零电压由谐振方式产生，二分之一谐振周期后，所述光伏并网逆变器的主功率开关管 的漏极和源极之间的电压为零。进一步，所述谐振方式是指所述光伏并网逆变器的反激式变换器在一个主功率开 关管的开关周期内结束励磁和去磁过程后，所述光伏并网逆变器的变压器原边主电感与原 边主功率开关管的漏极和源极之间的等效电容产生谐振，且此谐振在所述光伏并网逆变器 的变压器去磁结束后马上开始，经过二分之一谐振周期后由于主功率开关管开通而迫使此 谐振结束。在本专利技术的一个实施例中，满足条件1)由于谐振周期远小于主功率开关管的开 关周期，光伏并网逆变器的变压器的励磁时间和去磁时间之和等主功率开关管的开关周 期；2)每个主功率开关管的开关周期内，光伏并网逆变器的变换器输出的平均功率Pav满足 ，其中，光伏并网逆变器瞬时功率P0 = Pop · Sin2 ωGt, Pop为光伏并网逆变器的峰值功率，we为电网电压的角频率，Pop = Ugp · I。p，其中，Ugp为电网电压峰值，I。p为并网 电流峰值；光伏并网逆变器的变换器工作于电流临界连续模式。本专利技术的应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法具有如下特点和技术效果(1)在主功率开关管的漏极和源极之间电压为零时开通，主功率开关管的漏极和 源级间的等效电容通过LC谐振将能量回馈至输入电压母线，消除了主功率开关管漏极和 源极间等效电容的开关损耗；(2)主功率开关管漏极和源极间等效电容可以实现关断软化，改善主功率开关管 的电压应力；(3)光伏并网逆变器的变换器处于电流临界连续模式，消除了励磁及去磁结束后 的LC自由谐振所产生的阻尼损耗；(4)对于200瓦级别的光伏并网逆变器，实现了效率可高达95%以上的隔离变换， 接近于千瓦级桥式变换器的效率水平，但是因为采用了本质安全的反激式电路拓扑，可靠 性比桥式变换器有数量级的提高；(5)全数字实现，电路简单，精度高，可靠性高，成本低，有利于高端数字电源类产 品的推广应用。本专利技术的应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法，针对反激式变换 器输出端为交流电压源特性的电网，且需要对瞬时功率进行精确控制的特殊应用，反激式 变换器工作于电流临界连续模式，主功率开关管零电压开通，主功率开关管漏源级间等效 电容通过LC谐振将能量回馈至输入电压母线，实现了主功率开关管的关断软化，提高了变 换器效率、实现了高功率密度、并降低了开关过程中产生的电磁干扰，从而延长了变换器工 作寿命，相对于传统的模拟方式实现软开关，数字实现方式电路简单，精度高，可靠性高，成 本低，有利于高端数字电源类产品的推广应用，实现本专利技术的目的。本专利技术的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了 解。附图说明图1为一种应用本专利技术软开关控制方法的反激式单级光伏并网逆变器的结构示意图；图2为主功率开关管开通前谐振过程的漏源极的电流及电压波形的示意图；图3为本专利技术的软开关控制方法的流程示意图。附图标记10为单级式光伏并网发电系统；101为太阳能光伏阵列；102为漏感能量吸收回 馈电路；103为主功率同步整流Flyback电路；104为H桥逆变电路；105为电网侧滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于反激式单级光伏并网逆变器的软开关控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：（１）获取当前时刻的光伏并网逆变器的输入电压和输出电压的瞬时值、光伏并网逆变器的峰值功率及当前时刻电网电压的电角度；（２）根据光伏并网逆变器的峰值功率和当前时刻电网电压的电角度，得到光伏并网逆变器瞬时功率ｐ↓［ｏ］＝ｐ↓［ｏｐ］.ｓｉｎ↑［２］ω↓［Ｇ］ｔ，Ｐ↓［ｏｐ］＝Ｕ↓［ｇｐ］.Ｉ↓［ｏｐ］；其中，Ｐ↓［ＯＰ］为光伏并网逆变器的峰值功率，Ｕ↓［ｇｐ］为电网电压峰值，Ｉ↓［ｏｐ］为并网电流峰值，ｗ↓［Ｇ］为电网电压的角频率；（３）根据光伏并网逆变器中变压器的伏秒平衡关系有ｄ.Ｔ↓［ｓ］.ｕ↓［ＰＶ］＝ｕ↓［Ｇ］／Ｎ.（１－ｄ）.Ｔ↓［ｓ］，得到光伏并网逆变器中主功率开关管的占空比ｄ＝ｕ↓［Ｇ］／Ｎ／ｕ↓［ＰＶ］＋ｕ↓［Ｇ］／Ｎ＝ｕ↓［Ｇ］／Ｎ.ｕ↓［ＰＶ］＋ｕ↓［Ｇ］；其中，Ｔ↓［ｓ］为主功率开关管的开关周期，ｕ↓［ＰＶ］为光伏侧电压瞬时值（即光伏并网逆变器的输入电压的瞬时值），ｕ↓［Ｇ］为电网电压瞬时值（即光伏并网逆变器的输出电压的瞬时值），ｄ为占空比，Ｎ为光伏并网逆变器的变压器的原副边匝数比；（４）由每个开关周期内的能量关系１／２Ｌ↓［Ｐ］.ｉ↓［ｓｐ］↑［２］＝Ｐ↓［ＯＰ］.ｓｉｎ↑［２］ω↓［Ｇ］ｔ.Ｔ↓［ｓ］，其中ｉ↓［ｓｐ］＝ｕ↓［ＰＶ］／Ｌ↓［Ｐ］.ｄ.Ｔ↓［ｓ］，得到主功率开关管的开关周期为Ｔ↓［ｓ］＝２Ｌ↓［Ｐ］.Ｐ↓［ＯＰ］.（ｓｉｎω↓［Ｇ］ｔ／ｕ↓［ＰＶ］ｄ）↑［２］；其中，Ｌ↓［Ｐ］为光伏并网逆变器的变压器原边电感，Ｐ↓［ＯＰ］为光伏并网逆变器的峰值功率，ｗ↓［Ｇ］为电网电压的角频率，ｕ↓［ＰＶ］为光伏侧电压瞬时值（即光伏并网逆变器的输入电压的瞬时值），ｄ为占空比，Ｔ↓［ｓ］为主功率开关管的开关周期；（５）计算谐振周期＊＊＊，其中，Ｌ↓［Ｐ］为光伏并网逆变器的变压器原边电感，Ｃ↓［Ｐ］为主功率开关管漏极和源极间的等效电容；（６）在根据上述步骤计算得到的光伏并网逆变器的主功率开关管的开关周期上加上二分之一谐振周期的修正值得到主功率开关管的开通时间，根据光伏并网逆变器的主功率开关管的占空比、开关周期和开通时间给出的主功率开关管的驱动ＰＷＭ脉冲并输入主功率开关管驱动电路并控制主功率开关管在主功率开关管的漏极和源极之间电压为零时开通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：古俊银，
申请(专利权)人：英伟力新能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]