一种单相光伏逆变器无功控制方法及电路技术

本发明专利技术公开一种单相光伏逆变器无功控制电路，包括母线电压支撑电容、单相全桥逆变电路、滤波电感、EMC滤波电路、采样电路、功率开关管驱动电路以及DSP；其中，DSP包括PLL控制模块、电压外环PI控制模块、电流内环PI前馈控制模块和正弦PWM发波控制模块，DSP的正弦PWM发波控制模块的输入信号还包括电流内环电流给定量Ig。本发明专利技术还提出一种单相光伏逆变器无功控制方法，其不仅判断电网电压Uac是否大于零、比较PWM发波控制输入调制波Upwm的绝对值与给定的三角载波Uc，而且判断电流内环电流给定量Ig是否大于零。本发明专利技术既能降低功率开关管导通损耗、提高逆变器转换效率，又能使电流波形连续、减小输出谐波、降低对电网的谐波污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏新能源领域，具体涉及一种单相光伏逆变器无功控制方法及电路，可应用于任何功率级的单相光伏逆变器无功控制，也可以应用于单相电路的静止无功补偿装置。
技术介绍
随着光伏发电在电网配网系统中所占比例渐大，光伏发电对电网的谐波污染也越加变大，对电网的电能质量也造成了影响；而且在大型配电系统中，其他用电设备不可避免的对电网造成谐波污染。对于这些谐波污染，无功补偿能够很好的解决一部分电网的谐波污染。相对于没有无功补偿功能的光伏逆变系统，具有无功功率补偿功能的光伏逆变系统对于减轻电网负担、改善供电质量具有重要意义，因此无功补偿在光伏发电系统也显得越加重要起来，进而成为光伏逆变器的一个衡量标准。 图IA是大部分单相光伏逆变器无功控制电路所采用的系统结构图，本专利技术所介绍的无功控制方法以及与其相比较的两种现有的无功控制方法均是基于如图IA所示的系统结构图而作比较。如图IA所示，单相光伏逆变器无功控制电路，包括母线电压支撑电容、单相全桥逆变电路、滤波电感、EMC滤波电路、采样电路、功率开关管驱动电路以及DSP ；其中，母线电压支撑电容包括第一电容Cl ;第一电容Cl的正极与单相全桥逆变电路的第一输入端相连，此处电压为直流母线电压Ubus ;第一电容Cl的负极与单相全桥逆变电路的第二输入端相连；单相全桥逆变电路用于实现直流电到交流电的逆变控制，其包括四个IGBT开关管一第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4，及四个二极管一第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4 ；其中，所述的四个二极管一第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4，分别反向并联于所述的四个IGBT开关管一第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4的两端；即第一二极管Dl反向并联于第一功率开关管Tl的两端；第二二极管D2反向并联于第二功率开关管T2的两端；第三二极管D3反向并联于三功率开关管T3的两端；第四二极管D4反向并联于第四功率开关管T4的两端；所述的四个IGBT开关管一第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4，分别具有一源极及一漏极；所述的第一电容Cl的正极与所述第一功率开关管Tl的漏极、所述第三功率开关管T3的漏极相连；所述的第一电容Cl的负极与所述的第二开关管T2的源极、所述的第四开关管T4的源极相连；所述第一开关管Tl的源极与所述的第二开关管T2的漏极电性相连后，作为所述的单相全桥逆变电路的第一输出端；所述第三开关管T3的源极与所述的第四开关管T4的漏极电性相连后，作为所述的单相全桥逆变电路的第二输出端；滤波电感包括第一电感LI、第二电感L2 ;第一电感LI的第一端与单相全桥逆变电路的第一输出端相连；第二电感L2的第一端与单相全桥逆变电路的第二输出端相连;第一电感LI的第二端与EMC电路滤波电路的第一输入端相连；第二电感L2的第二端与EMC电路滤波电路的第二输入端相连；采样电路(图未示)用于采样检测，包括三个输入引脚，分别与单相全桥逆变电路的第一输入端、EMC电路滤波电路的第一输入端和EMC电路滤波电路的第一输出端相连；米样电路(图未示)还包括三个输出引脚，分别与DSP的三个输入引脚相连，分别输出如下信号直流母线电压Ubus，电网电压Uac、电网电流Iac ；DSP (Digital Signal Processor,数字信号处理器)包括 PLL(Phase LockedLogic，锁相环)控制模块、电压外环PI控制模块、电流内环PI前馈控制模块和正弦PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)发波控制模块， PLL控制模块的输入是电网电压Uac，PLL控制模块的输出为与电网电压Uac同步相位换算值sin(co t+θ)，其中，Θ为电网电流Iac与电网电压Uac之间的相位角偏差，(Θ=O时电网电流Iac相位完全同步于电网电压Uac相位；Θ不为O时添加无功控制)；无功控制是基于电网电流Iac与电网电压Uac之间的相位角偏差的控制，没有无功控制时是要求电网电流Iac与电网电压Uac之间的相位角保持一致，而无功控制则要求电网电流Iac与电网电压Uac之间的相位角保持一定的偏差Θ ；DSP的正弦PWM发波控制模块的输入信号包括PWM发波控制输入调制波Upwm、电网电压Uac、给定的三角载波Uc ；DSP的正弦PWM发波控制模块的输出是四路PWM信号PWMl' ,PWM2/ ,PWM3/ ,PWM4/ ；DSP包括三个输入引脚,分别输入如下信号直流母线电压Ubus,电网电压Uac、电网电流Iac ;DSP包括四个输出引脚，分别输出四路PWM信号PWMr、PWMV、PWMY、PWM4,；所述的功率开关管驱动电路包括四个输入引脚，其与DSP的四个输出引脚分别相连；所述的功率开关管驱动电路包括四个PWM输出引脚第一 PWM输出引脚、第二 PWM输出弓丨脚、第三PWM输出引脚、第四PWM输出引脚，其与所述的单相全桥逆变电路中的四个IGBT开关管一第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4的栅极分别相连，分别输出P丽信号PWM1、PWM2、P丽3、P丽4 ;PWM1、PWM2、P丽3、P丽4分别控制单相全桥逆变电路的第一功率开关管Tl、第二功率开关管T2、第二功率开关管T3、第四功率开关管T4进行逆变；功率开关管驱动电路输出四路脉宽调制波，对单相全桥逆变电路进行控制；当功率开关管驱动电路的某个PWM输出引脚为低电平时，相当于功率开关管驱动电路的某个PWM输出引脚输出数字信号0，栅极与其相连的那个功率开关管呈截止状态，断开；当功率开关管驱动电路的某个PWM输出引脚为高电平时，相当于功率开关管驱动电路的某个PWM输出引脚输出数字信号1，栅极与其相连的那个功率开关管呈导通状态。对于三相逆变器来说，无功补偿比较容易实现；但是，对单相光伏逆变器来说就比较苛刻。目前，单相光伏逆变器主要采用单相全桥式电压型逆变电路。常见的对单相光伏逆变器的控制方法，是用由正弦波脉宽调制产生的开关信号去控制功率开关器件的开通和关断。这种采用正弦波脉宽调制的单相光伏逆变器控制方法，可用于无功补偿。目前常用的单相光伏逆变器无功控制方法，主要有两种技术方案；其中，技术方案一如图2A、图2B、图2C所示，为双极性无功控制方法；技术方案二如图3A、图3B、图3C所示，为一般单极性无功控制方法。I、双极性无功控制方法I. I技术方案一的内容——双极性无功控制方法与本专利技术直接相关的现有技术一如图2A、图2B、图2C所示，为双极性无功控制方法。采用图IA所示的系统结构图，双极性控制方法在PLL同步时添加相位角偏差量·Θ，进行无功控制。图2A是现有技术一——双极性无功控制方法的PWM发波的示意流程图；参见图2A,将正弦调制波Upwm与给定的双极性三角载波Uc作比较当正弦调制波Upwm处于正半周时，在正弦调制波Upwm大于等于给定的双极性三角载波Uc的部分，功率开关管T1、T4导通，Τ2、Τ3关断，在正弦调制波Upwm小于给定的双极性三角载波Uc的部分，功率开关管Τ2、Τ3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相光伏逆变器无功控制电路，其包括母线电压支撑电容、单相全桥逆变电路、滤波电感、EMC滤波电路、采样电路、功率开关管驱动电路以及DSP；其中，母线电压支撑电容包括第一电容；第一电容的正极与单相全桥逆变电路的第一输入端相连；第一电容的负极与单相全桥逆变电路的第二输入端相连；单相全桥逆变电路，其包括四个IGBT开关管——第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管，及四个二极管——第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管；其中，所述的四个二极管——第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管，分别反向并联于所述的四个IGBT开关管——第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管的两端；即第一二极管反向并联于第一功率开关管的两端；第二二极管反向并联于第二功率开关管的两端；第三二极管反向并联于三功率开关管的两端；第四二极管反向并联于第四功率开关管的两端；所述的四个IGBT开关管——第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管，分别具有一源极及一漏极；所述的第一电容的正极与所述第一功率开关管的漏极、所述第三功率开关管的漏极相连；所述的第一电容的负极与所述的第二开关管的源极、所述的第四开关管的源极相连；所述第一开关管的源极与所述的第二开关管的漏极电性相连后，作为所述的单相全桥逆变电路的第一输出端；所述第三开关管的源极与所述的第四开关管的漏极电性相连后，作为所述的单相全桥逆变电路的第二输出端；滤波电感包括第一电感、第二电感；第一电感的第一端与单相全桥逆变电路的第一输出端相连；第二电感的第一端与单相全桥逆变电路的第二输出端相连；第一电感的第二端与EMC电路滤波电路的第一输入端相连；第二电感的第二端与EMC电路滤波电路的第二输入端相连；采样电路包括三个输入引脚，分别与单相全桥逆变电路的第一输入端、EMC电路滤波电路的第一输入端和EMC电路滤波电路的第一输出端相连；采样电路还包括三个输出引脚，分别与DSP的三个输入引脚相连，分别输出如下信号：直流母线电压Ubus，电网电压Uac、电网电流Iac；DSP包括PLL控制模块、电压外环PI控制模块、电流内环PI前馈控制模块和正弦PWM发波控制模块，其中，PLL控制模块的输入是电网电压Uac，PLL控制模块的输出为与电网电压Uac同步相位换算值sin(ωt+θ)，其中，θ为电网电流Iac与电网电压Uac之间的相位角偏差；正弦PWM发波控制模块的输入包括PWM发波控制输入调制波Upwm、电网电压Uac、给定的三角载波Uc；正弦PWM发波控制模块的输出是四路PWM信号PWM1′、PWM2′、PWM3′、PWM4′；DSP包括三个输入引脚，分别输入如下信号：直流母线电压Ubus，电网电压Uac、电网电流Iac；DSP包括四个输出引脚，分别输出四路PWM信号PWMI′、PWM2′、PWM3′、PWM4′；所述的功率开关管驱动电路包括四个输入引脚，其与DSP的四个输出引脚分别相连；所述的功率开关管驱动电路包括四个PWM输出引脚，其与所述的单相全桥逆变电路中的四个IGBT开关管——第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管的栅极分别相连，分别输出PWM信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4；其特征在于：所述的单相光伏逆变器无功控制电路中，DSP的电压外环PI控制模块的输入是直流母线电压Ubus与直流母线电压控制给定量Ubus′的差值，电压外环PI控制模块的输出是电压外环输出量Im；所述的单相光伏逆变器无功控制电路中，DSP的电流内环PI前馈控制模块的输入是电流内环电流给定量Ig与电网电流Iac的差值；其中，所述的电流内环电流给定量Ig＝Im*sin(ωt+θ)；电流内环PI前馈控制模块的输出是U1；所述的单相光伏逆变器无功控制电路中，DSP的正弦PWM发波控制模块的输出是四路PWM信号PWM1′、PWM2′、PWM3′、PWM4′；DSP的正弦PWM发波控制模块的输入包括PWM发波控制输入调制波Upwm、电网电压Uac、给定的三角载波Uc；其中，所述的PWM发波控制输入调制波Upwm，是电流内环PI前馈控制模块的输出U1与电网电压Uac的和；所述的单相光伏逆变器无功控制电路中，作为DSP的正弦PWM发波控制模块的输入信号之一的所述的PWM发波控制输入调制波Upwm，是电流内环PI前馈控制模块的输出U1与电网电压Uac的和；DSP的正弦PWM发波控制模块的输入信号还包括电流内环电流给定量Ig。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大龙，郭海亚，邢波，
申请(专利权)人：北京昆兰新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：