CN102005962B - 升降压并网逆变器及其控制方法 - Google Patents

升降压并网逆变器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种升降压并网逆变器及其控制方法,属逆变器及其控制方法。所述逆变器由电源、公共电路、第一桥臂电路、第二桥臂电路、第一滤波电感和第二滤波电感组成。所述方法:当电感电流给定小于零时,第一功率开关管驱动信号和第五功率开关管驱动信号互补高频开关,第二功率开关管驱动信号和第六功率开关管驱动信号关断;当电感电流给定大于零时,第二功率开关管驱动信号和第六功率开关管驱动信号互补高频开关,第一功率开关管驱动信号和第五功率开关管驱动信号关断;第三功率开关管驱动信号是第二功率开关管驱动信号和第五功率开关管驱动信号的或逻辑,第四功率开关管驱动信号是第一功率开关管驱动信号和第六功率开关管驱动信号的或逻辑。

Description

升降压并网逆变器及其控制方法
技术领域
本发明的升降压并网逆变器及其控制方法,属逆变器及其控制方法。
背景技术
近年来,随着环境污染的日益加剧和化石能源的不断紧缺,可再生能源由于具有清洁安全、无污染、可再生等优点而越来越受到人们的关注。但太阳能电池和燃料电池等的输出为直流电,而电网电压为交流电,因此,并网逆变器成为分布式发电***中的重要组成部分。又由于太阳能电池和燃料电池等的输出电压范围宽,有时低于电网电压,有时高于电网电压,因此,采用传统的单级降压型逆变器无法实现,通常需要再加一个前级DC-DC变换器,从而提高了***的复杂性,降低了可靠性,增加了***的成本。
发明内容
本发明的目的在于针对传统降压型并网逆变器的缺陷,提出一种单级升降压并网逆变器及其控制方法。
本发明升降压并网逆变器,由电源、公共电路、第一桥臂电路、第二桥臂电路、第一滤波电感和第二滤波电感组成,其中公共电路包括第三、第四功率开关管,第三、第四二极管,阻尼电阻,滤波电容,网侧滤波电感和电网电压;第一桥臂电路包括第一、第五功率开关管,第一二极管;第二桥臂电路包括第二、第六功率开关管,第二二极管;电源的正极分别与第一功率开关管的源极、第三功率开关管的漏极、第四功率开关管的漏极和第二功率开关管的源极连接;第三功率开关管的源极与第三二极管的阳极连接,第三二极管的阴极分别与阻尼电阻的一端和网侧滤波电感的输入端连接构成公共电路的中间端,阻尼电阻的另一端与滤波电容的正端连接,网侧滤波电感的输出端与电网电压的正极连接,电网电压的负极和滤波电容的负端与第四二极管的阴极连接接地,第四二极管的阳极与第四功率开关管的源极连接;第一功率开关管的漏极与第一二极管的阴极连接,第一二极管的阳极与第五功率开关管的漏极连接构成第一桥臂电路的中间端,第五功率开关管的源极与电源的负极连接;第二功率开关管的漏极与第二二极管的阴极连接,第二二极管的阳极与第六功率开关管的漏极连接构成第二桥臂电路的中间端,第六功率开关管的源极与电源的负极连接;第一滤波电感的输入端与第一桥臂电路的中间端连接,第一滤波电感的输出端与公共电路的中间端连接;第二滤波电感的输入端接地,第二滤波电感的输出端与第二桥臂电路的中间端连接。
升降压并网逆变器的控制方法如下:采用电流传感器采样第一滤波电感的电流输出第一滤波电感电流反馈信号;采用电流传感器采样第二滤波电感的电流输出第二滤波电感电流反馈信号;采用电压传感器采样所述电网电压经过锁相环(PLL)输出与电网电压同频、同相的进网电流给定;采用电流传感器采样进网电流输出进网电流反馈信号;将所述进网电流给定与进网电流反馈信号通过进网电流调节器输出电感电流给定;将所述电感电流给定与第一滤波电感电流反馈信号通过第一滞环电流比较器输出第一开关逻辑信号;将所述电感电流给定通过过零比较器输出第二开关逻辑信号;将所述第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管的开关逻辑信号,所述第一功率开关管的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管;将所述第一开关逻辑信号通过第二反相器后与第二开关逻辑信号通过第二与门输出第五功率开关管的开关逻辑信号,所述第五功率开关管的开关逻辑信号通过第五驱动电路驱动第五功率开关管;将所述电感电流给定与第二滤波电感电流反馈信号通过第二滞环电流比较器输出第三开关逻辑信号;将所述第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号通过第三与门输出第六功率开关管的开关逻辑信号,所述第六功率开关管的开关逻辑信号通过第六驱动电路驱动第六功率开关管;将所述第三开关逻辑信号通过第三反相器后与第二开关逻辑信号通过第四与门输出第二功率开关管的开关逻辑信号,所述第二功率开关管的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管;将所述第二功率开关管的开关逻辑信号与第五功率开关管的开关逻辑信号通过第一或门后通过第三驱动电路驱动第三功率开关管;将所述第一功率开关管的开关逻辑信号与第六功率开关管的开关逻辑信号通过第二或门后通过第四驱动电路驱动第四功率开关管。
本发明升降压并网逆变器及其控制方法没有传统桥式逆变器桥臂的功率管直通问题,大大提高了***的可靠性;各开关管不需要设死区时间;可实现单级升降压变换,不需要传统降压型并网逆变器的两级变换;四个功率开关管在半个输出周期内高频开关,减少了开关损耗,提高了变换效率。
附图说明
图1:本发明电路拓扑图;
图2:本发明控制原理图;
图3:本发明主要波形示意图; 
图4:本发明模态1时的工作电路原理图;
图5:本发明模态2时的工作电路原理图;
图6:本发明模态3时的工作电路原理图;
图7:本发明模态4时的工作电路原理图。
图中的主要符号名称:U in——电源电压,S1~S——功率开关管,D1~D4——二极管,L 1L 2——滤波电感,L g ——网侧滤波电感,C f ——滤波电容,R d ——阻尼电阻,u grid ——电网电压,i g ——进网电流,i L1i L2 ——电感L 1L 2的电流。
具体实施方式
如图1和2所示。一种升降压并网逆变器及其控制方法,所述升降压并网逆变器由电源U in、公共电路1、第一桥臂电路2、第二桥臂电路3、第一滤波电感L 1和第二滤波电感L 2组成,其中电源U in 的正极分别与第一功率开关管S1的源极、第三功率开关管S3的漏极、第四功率开关管S4的漏极和第二功率开关管S2的源极连接;公共电路1由第三功率开关管S3的源极与第三二极管D3的阳极连接,第三二极管D3的阴极分别与阻尼电阻R d的一端和网侧滤波电感L g 的输入端连接构成公共电路1的中间端B,阻尼电阻R d的另一端与滤波电容C f 的正端连接,网侧滤波电感L g 的输出端与电网电压u grid 的正极连接,电网电压u grid 的负极和滤波电容C f 的负端与第四二极管D4的阴极连接接地,第四二极管D4的阳极与第四功率开关管S4的源极连接;第一桥臂电路2由第一功率开关管S1的漏极与第一二极管D1的阴极连接,第一二极管D1的阳极与第五功率开关管S5的漏极连接构成第一桥臂电路2的中间端A,第五功率开关管S5的源极与电源U in 的负极连接;第二桥臂电路3由第二功率开关管S2的漏极与第二二极管D2的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第六功率开关管S6的漏极连接构成第二桥臂电路3的中间端C,第六功率开关管S6的源极与电源U in 的负极连接;第一滤波电感L 1的输入端与第一桥臂电路2的中间端A连接,第一滤波电感L 1的输出端与公共电路1的中间端B连接;第二滤波电感L 2的输入端接地,第二滤波电感L 2的输出端与第二桥臂电路3的中间端C连接;
控制方法如下:采用电流传感器采样第一滤波电感L 1的电流i L1输出第一滤波电感L 1电流反馈信号i Lf1;采用电流传感器采样第二滤波电感L 2的电流i L2输出第二滤波电感L 2电流反馈信号i Lf2;采用电压传感器采样所述电网电压u grid 经过锁相环PLL输出与电网电压u grid 同频、同相的进网电流给定i ref ;采用电流传感器采样进网电流i g 输出进网电流反馈信号i gf ;将所述进网电流给定i ref 与进网电流反馈信号i gf 通过进网电流调节器输出电感电流给定i Lref ;将所述电感电流给定i Lref 与第一滤波电感L 1电流反馈信号i Lf1通过第一滞环电流比较器输出第一开关逻辑信号;将所述电感电流给定i Lref 通过过零比较器输出第二开关逻辑信号;将所述第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管S1的开关逻辑信号,所述第一功率开关管S1的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管S1;将所述第一开关逻辑信号通过第二反相器后与第二开关逻辑信号通过第二与门输出第五功率开关管S5的开关逻辑信号,所述第五功率开关管S5的开关逻辑信号通过第五驱动电路驱动第五功率开关管S5;将所述电感电流给定i Lref 与第二滤波电感L 2电流反馈信号i Lf2通过第二滞环电流比较器输出第三开关逻辑信号;将所述第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号通过第三与门输出第六功率开关管S6的开关逻辑信号,所述第六功率开关管S6的开关逻辑信号通过第六驱动电路驱动第六功率开关管S6;将所述第三开关逻辑信号通过第三反相器后与第二开关逻辑信号通过第四与门输出第二功率开关管S2的开关逻辑信号,所述第二功率开关管S2的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管S2;将所述第二功率开关管S2的开关逻辑信号与第五功率开关管S5的开关逻辑信号通过第一或门后通过第三驱动电路驱动第三功率开关管S3;将所述第一功率开关管S1的开关逻辑信号与第六功率开关管S6的开关逻辑信号通过第二或门后通过第四驱动电路驱动第四功率开关管S4
图3为本发明升降压并网逆变器的主要波形示意图。
电压电流参考方向如图1所示。由图3可知,通过控制进网电流给定与电网电压同频、同相,从而保证了进网电流与电网电压同频同相,实现了单位功率因数输出。另外,从图中也可以看出,4个功率开关管为半个工频周期高频开关,从而降低了开关损耗。
结合图4~7叙述本发明的具体工作原理,下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。
在分析之前,作如下假设:①所有开关管和二极管均为理想器件,不考虑开关时间,导通压降;②所有电感、电容均为理想元件。
如图4所示,开关模态1 
第四功率开关管S4、第六功率开关管S6导通,由电源电压U in 正端通过第四功率开关管S4,第四二极管D4,第二滤波电感L 2,第六功率开关管S6回到电源电压U in 负端,第二滤波电感电流i L2上升。
如图5所示,开关模态2 
第二功率开关管S2、第三功率开关管S3导通,由第三功率开关管S3,第三二极管D3,阻尼电阻R d和滤波电容C f 串联后与网侧滤波电感L g 和电网电压u grid 串联后的并联支路,第二滤波电感L 2,第二二极管D2和第二功率开关管S2构成续流回路,第二滤波电感电流i L2下降。
如图6所示,开关模态3
第三功率开关管S3、第五功率开关管S5导通,由电源电压U in 正端通过第三功率开关管S3,第三二极管D3,第一滤波电感L 1,第五功率开关管S5回到电源电压U in 负端,第一滤波电感电流负向i L1增加。
如图7所示,开关模态4
第一功率开关管S1、第四功率开关管S4导通,由第四功率开关管S4,第四二极管D4,阻尼电阻R d和滤波电容C f 串联后与网侧滤波电感L g 和电网电压u grid 串联后的并联支路,第一滤波电感L 1,第一二极管D1和第一功率开关管S1构成续流回路,第一滤波电感电流i L1负向减小。

Claims (2)

1.一种升降压并网逆变器,其特征在于由电源(U in)、公共电路(1)、第一桥臂电路(2)、第二桥臂电路(3)、第一滤波电感(L 1)和第二滤波电感(L 2)组成,其中公共电路(1)包括第三、第四功率开关管(S3、S4),第三、第四二极管(D3、D4),阻尼电阻(R d),滤波电容(C f ),网侧滤波电感(L g )和电网电压(u grid );第一桥臂电路(2)包括第一、第五功率开关管(S1、S5),第一二极管(D1);第二桥臂电路(3)包括第二、第六功率开关管(S2、S6),第二二极管(D2);电源(U in )的正极分别与第一功率开关管(S1)的源极、第三功率开关管(S3)的漏极、第四功率开关管(S4)的漏极和第二功率开关管(S2)的源极连接;第三功率开关管(S3)的源极与第三二极管(D3)的阳极连接,第三二极管(D3)的阴极分别与阻尼电阻(R d)的一端和网侧滤波电感(L g )的输入端连接构成公共电路(1)的中间端(B),阻尼电阻(R d)的另一端与滤波电容(C f )的正端连接,网侧滤波电感(L g )的输出端与电网电压(u grid )的正极连接,电网电压(u grid )的负极和滤波电容(C f )的负端与第四二极管(D4)的阴极连接接地,第四二极管(D4)的阳极与第四功率开关管(S4)的源极连接;第一功率开关管(S1)的漏极与第一二极管(D1)的阴极连接,第一二极管(D1)的阳极与第五功率开关管(S5)的漏极连接构成第一桥臂电路(2)的中间端(A),第五功率开关管(S5)的源极与电源(U in )的负极连接;第二功率开关管(S2)的漏极与第二二极管(D2)的阴极连接,第二二极管(D2)的阳极与第六功率开关管(S6)的漏极连接构成第二桥臂电路(3)的中间端(C),第六功率开关管(S6)的源极与电源(U in )的负极连接;第一滤波电感(L 1)的输入端与第一桥臂电路(2)的中间端(A)连接,第一滤波电感(L 1)的输出端与公共电路(1)的中间端(B)连接;第二滤波电感(L 2)的输入端接地,第二滤波电感(L 2)的输出端与第二桥臂电路(3)的中间端(C)连接。
2.一种基于权利要求1所述的升降压并网逆变器的控制方法,其特征在于,采用电流传感器采样第一滤波电感(L 1)的电流(i L1)输出第一滤波电感(L 1)电流反馈信号(i Lf1);采用电流传感器采样第二滤波电感(L 2)的电流(i L2)输出第二滤波电感(L 2)电流反馈信号(i Lf2);采用电压传感器采样所述电网电压(u grid )经过锁相环(PLL)输出与电网电压(u grid )同频、同相的进网电流给定(i ref );采用电流传感器采样进网电流(i g )输出进网电流反馈信号(i gf );将所述进网电流给定(i ref )与进网电流反馈信号(i gf )通过进网电流调节器输出电感电流给定(i Lref );将所述电感电流给定(i Lref )与第一滤波电感(L 1)电流反馈信号(i Lf1)通过第一滞环电流比较器输出第一开关逻辑信号;将所述电感电流给定(i Lref )通过过零比较器输出第二开关逻辑信号;将所述第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管(S1)的开关逻辑信号,所述第一功率开关管(S1)的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管(S1);将所述第一开关逻辑信号通过第二反相器后与第二开关逻辑信号通过第二与门输出第五功率开关管(S5)的开关逻辑信号,所述第五功率开关管(S5)的开关逻辑信号通过第五驱动电路驱动第五功率开关管(S5);将所述电感电流给定(i Lref )与第二滤波电感(L 2)电流反馈信号(i Lf2)通过第二滞环电流比较器输出第三开关逻辑信号;将所述第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号通过第三与门输出第六功率开关管(S6)的开关逻辑信号,所述第六功率开关管(S6)的开关逻辑信号通过第六驱动电路驱动第六功率开关管(S6);将所述第三开关逻辑信号通过第三反相器后与第二开关逻辑信号通过第四与门输出第二功率开关管(S2)的开关逻辑信号,所述第二功率开关管(S2)的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管(S2);将所述第二功率开关管(S2)的开关逻辑信号与第五功率开关管(S5)的开关逻辑信号通过第一或门后通过第三驱动电路驱动第三功率开关管(S3);将所述第一功率开关管(S1)的开关逻辑信号与第六功率开关管(S6)的开关逻辑信号通过第二或门后通过第四驱动电路驱动第四功率开关管(S4)。
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