CN108696144B - 交错反激式dc/dc硬件调制补偿电路 - Google Patents

交错反激式dc/dc硬件调制补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路，包括光伏板、直流侧电容、交错反激式DC/DC变换器、逆变桥、输出滤波器、电网和硬件补偿模块；本发明的具有输入侧和输出侧绝缘隔离的作用，可以应对实际中电路受电磁干扰大，电路元器件存在差异的状况，其适用电压范围宽，适用温度范围宽，改善了现有的交错反激式变换器开关管工作不一致的现状；本发明仅是增加了一条调制信号补偿电路，不会增加现有拓扑结构的体积，保证变换器输出波形更加稳定，为后级逆变电路提供更加平滑的电压，还能有效减小输出功率的波动。

Description

交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其是在两级式的光伏并网***设计中，提出一种交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路。
背景技术
太阳能作为一种清洁能源，广泛应用于电力行业，在两级式小功率光伏发电***研究中，常以交错反激式变换器(interleaved flyback inverter)作为初级DC/DC电路升压部分，而交错反激式DC/DC电路的输出电压波动情况，直接影响后级逆变电路的效率和变换性能，所以对交错反激式电路的控制是***设计的难点之一。常用的交错反激式变换器控制策略与其工作模式相关，DCM模式的控制主要依赖于MPPT环节，由MPPT得到的进网电流与三角载波比较，即可得到SPWM驱动信号，这种控制策略简单，但是仅限于DCM模式；BCM模式的控制采用电流尖峰控制，但这种控制相较于DCM模式的控制策略更复杂，不利于推广。
文献T.Lodh,N.Pragallapati and V.Agarwal,"An improved control schemefor interleaved flyback converter based micro-inverter to achieve highefficiency,"2016 IEEE 1st International Conference on Power Electronics,Intelligent Control and Energy Systems(ICPEICES),Delhi,2016,pp.1-6.提出了一种基于交错式反激式微逆变器的最优控制策略，该控制策略为各种瞬时功率匹配合适的操作模式，从而提高电路的工作效率，但是这种控制策略对处理器运行速度的要求相当高，提高了检测电路的成本，而且控制方法比较复杂，不利于大范围使用。
发明内容
本发明提出一种交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路，解决现有技术交错反激式输出电压不平衡，输出功率波动的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路，其特征在于：包括光伏板、直流侧电容、交错反激式DC/DC变换器、逆变桥、输出滤波器、电网和硬件补偿模块；
所述光伏板与直流侧电容、交错反激式DC/DC变换器并联；
所述交错反激式DC/DC变换器包括两个独立的、参数一致的第一反激式变换器和第二反激式变换器；第一反激式变换器包括变压器T1，变压器T1一次侧的主功率开关SW11、与主功率开关SW11反并联的体二极管D11，变压器T1二次侧的整流二极管D1、缓冲电容C1；第二反激式变换器包括变压器T2、变压器T2一次侧的主功率开关SW21、与主功率开关SW21反并联的体二极管D21，变压器T2二次侧的整流二极管D2、缓冲电容C2；
所述逆变桥包括单相全桥式逆变电路，单相全桥式逆变电路的输入侧与交错反激式DC/DC变换器输出连接，输出与输出滤波器、电网连接；
所述硬件补偿模块包括双闭环回路模块、电流矫正模块、负载共享补偿模块和信号调制模块；电流矫正模块输入为交错反激式DC/DC变换器的电流，电流矫正模块输出连接负载共享补偿模块输入，负载共享补偿模块输出和双闭环回路输出连接信号调制模块输入，信号调制模块输出为最终控制开关管的占空比。
进一步的，所述双闭环回路模块包括电流补偿环节和电压前馈环节，电流补偿环节输入与电流采集电路连接，电压前馈环节输入与电压采集电路连接。
进一步的，所述的负载共享补偿模块包括滤波模块和补偿量化模块，滤波模块输入侧与电流矫正模块连接，输出侧与补偿量化模块连接。
进一步的，所述交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路外接电气参数采集模块、保护电路、报警模块和微型处理器；
所述电气参数采集模块包括输入电压和输入电流采集模块、输出电压和输出电流采集模块、电网电压和电网电流采集模块，电气参数采集模块分别连接光伏板输入、交错反激式变换器输出和电网侧；
所述的保护电路包括继电器和电磁驱动，继电器用于连接滤波电路和电网，继电器闭合时，***并网，继电器断开时，***离网；电磁驱动与微型处理器连接。本发明的有益效果：
1.本发明的交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路本身具有输入侧和输出侧绝缘隔离的作用，可以应对实际中电路受电磁干扰大，电路元器件存在差异的状况，其适用电压范围宽，适用温度范围宽，改善了现有的交错反激式变换器开关管工作不一致的现状。
2.本发明的交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路仅是增加了一条调制信号补偿电路，不会增加现有拓扑结构的体积，保证变换器输出波形更加稳定，为后级逆变电路提供更加平滑的电压，还能有效减小输出功率的波动。
附图说明
图1是带有本发明交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路的光伏并网***框图；
图2是带有本发明交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路的光伏并网***主电路原理图；
图3是本发明交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路的原理图；
图4是带有本发明交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路的光伏并网***电路原理图；
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
图2、图3、图4中各个符号名称如下：
Vpv——光伏板输出电压；
Cdc——直流侧电容；
T1、T2——第一反激式变换器和第二反激式变换器对应的变压器；
SW11、SW21——第一反激式变换器和第二反激式变换器对应的主功率管；
SW12、SW22——第一反激式变换器和第二反激式变换器对应的辅助功率管；
D11、D21——与主功率管反并联的体二极管；
D12、D22——与辅助功率管反并联的体二极管；
D1、D2——变压器T1、T2副边的整流二极管；
C1、C2——变压器T1、T2副边的缓冲电容；
S1、S2、S3、S4——逆变桥开关管；
Lac、Cac——交流侧滤波电感、交流侧滤波电容；
Vo——交错反激式经过缓冲电容的输出电压；
d、△d——反激式主开关管占空比基准值、占空比补偿量；
d1、d2——反激式1、反激式2主功率管对应的占空比；
im1、im2——流过变换器中电感的电流；
ipv1、ipv2——矫正后输入支路电流；
△ipv、△ipvref——输入电流之间的误差、参考误差；
下面结合附图对本发明进行进一步的说明，参见图1-图4所示，交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路，包括光伏板、直流侧电容、交错反激式DC/DC变换器、逆变桥、输出滤波器、电网(或者负载)和硬件补偿模块；
所述光伏板作整个电路输入，与直流侧电容、交错反激式DC/DC变换器并联；
所述交错反激式DC/DC变换器包括两个独立的、参数一致的第一反激式变换器和第二反激式变换器；第一反激式变换器包括变压器T1，变压器T1一次侧的主功率开关SW11、与主功率开关SW11反并联的体二极管D11，变压器T1二次侧的整流二极管D1、缓冲电容C1；第二反激式变换器包括变压器T2、变压器T2一次侧的主功率开关SW21、与主功率开关SW21反并联的体二极管D21，变压器T2二次侧的整流二极管D2、缓冲电容C2；
逆变桥包括单相全桥式逆变电路，单相全桥式逆变电路的输入侧与交错反激式DC/DC变换器输出连接，输出与输出滤波器、电网连接，实现并网操作；
硬件补偿模块包括双闭环回路模块、电流矫正模块、负载共享补偿模块和信号调制模块；电流矫正模块输入为交错反激式DC/DC变换器的电流，电流矫正模块输出连接负载共享补偿模块输入，负载共享补偿模块输出和双闭环回路输出连接信号调制模块输入，信号调制模块输出为最终控制开关管的占空比。
双闭环回路模块包括电流补偿环节和电压前馈环节，电流补偿环节输入与电流采集电路连接，电压前馈环节输入与电压采集电路连接；电流补偿环节和电压前馈环节共同决定调制信号，控制开关管导通，达到输出波形要求。
电流矫正模块是对交错反激式DC/DC变换器开关管导通期间的电流做单个周期的平均处理，交错反激式DC/DC变换器的电流检测与输入电流矫正模块连接。
负载共享补偿模块包括滤波模块和补偿量化模块，滤波模块输入侧与电流矫正模块连接，输出侧与补偿量化模块连接，利用两条支路输入电流的误差对各支路开关管的调制信号进行补偿，保证输入开关管导通时间的一致性，稳定变换器输出电压。
信号调制模块是一个调制电路，利用占空比补偿量对占空比基准值进行补偿，最终输出新的调制信号，控制交错反激式变化器工作。
交错反激式DC/DC硬件调制补偿电路还外接电气参数采集模块、保护电路、报警模块和微型处理器；电气参数采集模块包括输入电压和输入电流采集模块、输出电压和输出电流采集模块、电网电压和电网电流采集模块，电气参数采集模块分别连接光伏板输入、交错反激式变换器输出和电网侧；
所述的保护电路包括继电器和电磁驱动，继电器用于连接滤波电路和电网，继电器闭合时，***处于并网状态，继电器断开时，***处于离网状态；电磁驱动与微型处理器连接。
如图3所示的本发明硬件调制补偿电路原理图，电流补偿和电压前馈用于生成占空比基准值，电流矫正器根据流过两个单端反激式变换器中电感的电流和对应的占空比，对输入支路电流重新计算，输入电流之间的误差和参考误差经过负载补偿器得到一个占空比补偿量，结合占空比基值，信号调制模块输出为最终控制开关管的占空比。
下面介绍本发明的工作过程：
本发明实现了对交错反激式变换器开关管导通信号的补偿，使输出电压波动小。首先电流补偿电路和电压前馈电路生成占空比基准值d；其次电流矫正器根据流过变换器中电感的电流im1、im2和占空比d1、d2，对输入支路电流重新计算，得到ipv1、ipv2，由ipv1、ipv2输入电流之间的误差△ipv和参考误差△ipvref经过负载补偿器得到一个占空比补偿量△d；最后，结合占空比基值d和补偿量△d，微控制器会输出反激式变换器的占空比d11、d12、d21、d22；当电路中有过压、过流情况时，微控制器输出电磁断开信号，不再进行并网操作，保护电网稳定运行。
表1不同情况的补偿量状态
由表1可以看出，ipv1和ipv2之间的大小关系决定了补偿量的变化方向，故工作过程为：
矫正后的电流ipv1>ipv2，则有△ipv>0，与参考误差值△ipvref计算后，△ipv’<0，负载共享补偿器根据△ipv’的值，计算出合适的补偿量△d，且有△d<0，说明此时反激式1变换器和反激式2变换器的输出电压差异较大，在开关切换时，输出电压波动增加，因此应减小反激式1变换器的导通，增加反激式2变换器的导通，结合基准值d，令d11减小，d21增加；
2)矫正后的电流ipv1＝ipv2，则有△ipv＝0，与参考误差值△ipvref计算后，△ipv’＝0，补偿量△d＝0，说明此时反激式变换器输出电压波动小，应保持当前开关状态，令d11、d21均保持不变；
3)矫正后的电流ipv1<ipv2，则有△ipv<0，与参考误差值△ipvref计算后，△ipv’>0，负载共享补偿器根据△ipv’的值，计算出合适的补偿量△d，且有△d>0，由1)同理可得，此时反激式1和反激式2变换器的输出差异大，切换开关时，输出电压波动增加，应减小反激式1变换器的关断，增加反激式2变换器的关断，结合基准值d，令d11减小，d21增加。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (1)

1.交错反激式 DC/DC 硬件调制补偿电路，其特征在于：包括光伏板、直流侧电容、交错反激式 DC/DC 变换器、逆变桥、输出滤波器、电网和硬件补偿模块；
所述光伏板与直流侧电容、交错反激式 DC/DC 变换器并联；
所述交错反激式 DC/DC 变换器包括两个独立的、参数一致的第一反激式变换器和第二反激式变换器；第一反激式变换器包括变压器 T1，变压器 T1 一次侧 的主功率开关SW11、与主功率开关 SW11 反并联的体二极管 D11，变压器 T1 二 次侧的整流二极管 D1、缓冲电容 C1；第二反激式变换器包括变压器 T2、变压器 T2 一次侧的主功率开关 SW21、与主功率开关 SW21 反并联的体二极管 D21，变压 器 T2 二次侧的整流二极管 D2、缓冲电容 C2；
所述逆变桥包括单相全桥式逆变电路，单相全桥式逆变电路的输入侧与交错反激式DC/DC 变换器输出连接，输出与输出滤波器、电网连接；
所述硬件补偿模块包括双闭环回路模块、电流矫正模块、负载共享补偿模块和信号调制模块；电流矫正模块输入为交错反激式 DC/DC 变换器的电流，电流矫正模块输出连接负载共享补偿模块输入，负载共享补偿模块输出和双闭环 回路输出连接信号调制模块输入，信号调制模块输出为最终控制开关管的占空比；
所述双闭环回路模块包括电流补偿环节和电压前馈环节，电流补偿环节输入与电流采集电路连接，电压前馈环节输入与电压采集电路连接；
所述的负载共享补偿模块包括滤波模块和补偿量化模块，滤波模块输入侧与电流矫正模块连接，输出侧与补偿量化模块连接；
所述交错反激式 DC/DC 硬件调制补偿电路外接电气参数采集模块、保护电路、报警模块和微型处理器；
所述电气参数采集模块包括输入电压和输入电流采集模块、输出电压和输出电流采集模块、电网电压和电网电流采集模块，电气参数采集模块分别连接光伏板输入、交错反激式变换器输出和电网侧；
所述的保护电路包括继电器和电磁驱动，继电器用于连接滤波电路和电网，继电器闭合时，***并网，继电器断开时，***离网；电磁驱动与微型处理器连接。
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