CN112003493A - 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法 - Google Patents

一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112003493A
CN112003493A CN202010828005.9A CN202010828005A CN112003493A CN 112003493 A CN112003493 A CN 112003493A CN 202010828005 A CN202010828005 A CN 202010828005A CN 112003493 A CN112003493 A CN 112003493A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
grid
voltage
control method
bus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010828005.9A
Other languages
English (en)
Inventor
尹强
黄军伟
熊泽成
甘江华
陈天锦
方支剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
Xuji Power Co Ltd
Original Assignee
Xuji Group Co Ltd
XJ Electric Co Ltd
Xuji Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuji Group Co Ltd, XJ Electric Co Ltd, Xuji Power Co Ltd filed Critical Xuji Group Co Ltd
Priority to CN202010828005.9A priority Critical patent/CN112003493A/zh
Publication of CN112003493A publication Critical patent/CN112003493A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法，通过直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路组成非隔离双向DC/AC变流器，并采用整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略对变流器进行控制，实现了单相电网与母线之间的双向能量流动，具有降低光伏发电等分布式能源非隔离接入存在的漏电流，实现电网多模式控制运行，低共模电压和能量双向流动的优点。

Description

一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源电路相关领域，尤其涉及一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法。
背景技术
非隔离光伏逆变拓扑由于省略了隔离所使用的变压器，降低了制造成本，具有效率高、重量轻、体积小等优点，非常适用于小功率光伏逆变***。但是省略隔离元件也同样带来了一个严重的问题，即***中可能会出现较大的对地漏电流。通过直流旁路拓扑及在其基础上演变的拓扑，能够解决了漏电流的问题。
在户用光伏发电***中引入储能技术，同时可以解决户用光伏发电***中供电不平衡的问题，满足负荷正常工作的要求，可以保证整个户用光伏发电***的可靠运行，也是解决户用光伏电池和交流电网瞬时供电同时中断的有效方法。
储能的引入使电池能够向电网提供能量，同时电网也能够向电池充电，因此需要打破传统光伏发电***中逆变拓扑不能反向能量流动的规定。因此，低共模电压非隔离双向DC/AC变流器及控制方法的需求应运而生。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于通过提供低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法，解决现有技术中光伏发电并网***能量只能从母线到电网的单相流动问题，通过SPWM的驱动波形信号时序使母线与电网之间能够双向流动，拓展了其应用范围，并在光伏储能***中得到更好的应用。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器，包括：
直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路；
所述直流母线、桥式变换电路和LC滤波电路以此连接，LC滤波电路的输出端接入电网；
所述桥式变换电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂各包括三个开关管；
所述LC滤波电路包括电感和电容。
进一步的，所述第一桥臂包括分别具有反并联二极管的开关管Q1、Q5和Q3，所述第二桥臂包括分别具有反并联二极管的开关管Q2、Q6和Q4。
进一步的，所述开关管Q1、Q5和Q3依次串联连接，并且所述开关管Q1的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q3的发射极与所述直流母线的负极相连；所述开关管Q2、Q6和Q4依次串联连接，并且所述开关管Q2的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q4的发射极与所述直流母线的负极相连
进一步的，所述变流器还包括二极管D1和D2，所述开关管Q5的发射极与开关管Q3的集电极的连接点为A点，所述开关管Q6的发射极与开关管Q4的集电极的连接点为B点，所述二极管D1的阳极与A点连接，所述二极管D1的阴极与开关管Q2的发射极以及开关管Q6的集电极连接；所述二极管D2的阳极与B点连接，所述二极管D2的阴极与开关管Q1的发射极以及开关管Q5的集电极连接。
进一步的，所述LC滤波电路包括电感L1和L2，以及电容C2，所述电感L1的一端与A点连接，所述电感L2的一端与B点连接，所述电感L1、L2的另一端分别与电容C2的两端连接，并且作为LC滤波电路的输出端。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于所述低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的控制方法，所述控制方法包括由整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略，根据所述变流器的工作状况实施相应的控制方法。
进一步的，所述整流恒压控制方法包括：
获取直流母线电压反馈信号Udc、电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述直流母线电压反馈信号Udc与电压给定信号Udcref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电压环，并将所述控制电压环的输出作为电网电流的给定信号igref；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
进一步的，所述并网恒流控制方法包括：
获取电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
进一步的，所述整流恒压控制和所述并网恒流控制中，所述电流给定信号为正值或负值，当所述电流给定信号为正值时，能量从所述直流母线到电网，当所述电流给定信号为负值时，能量从所述电网到直流母线。
综上所述，本发明提供一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法，通过直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路组成非隔离双向DC/AC变流器，并采用整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略对变流器进行控制，实现了单相电网与母线之间的双向能量流动，具有降低光伏发电等分布式能源非隔离接入存在的漏电流，实现电网多模式控制运行，低共模电压和能量双向流动的优点。
附图说明
图1是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的整体结构图以及控制方法原理图；
图2是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器中桥式变换电路的电路图；
图3是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器中桥式变换电路的SPWM驱动波形信号时序图；
图4是单相锁相技术的矢量变换示意图；
图5是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器控制方法中的锁相环闭环控制框图
图6本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器控制方法中整流恒压控制的电流内环控制框图；
图7本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器控制方法中整流恒压控制的电压外环控制框图；
图8是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器控制方法中并网恒流控制的框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器，图1是本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的整体结构图以及控制方法原理图，如图1所示，该变流器包括：直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路；所述直流母线、桥式变换电路和LC滤波电路以此连接，LC滤波电路的输出端接入电网。
图2示出了低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器中桥式变换电路的电路结构，如图2所示，所述桥式变换电路包括由分别具有反并联二极管的开关管Q1、Q5和Q3组成的第一桥臂，和由分别具有反并联二极管的开关管Q2、Q6和Q4组成的第二桥臂。所述开关管可以为MOEFET、IGBT等本领域常见的功率开关管。进一步的，所述开关管Q1、Q5和Q3依次串联连接，并且所述开关管Q1的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q3的发射极与所述直流母线的负极相连；所述开关管Q2、Q6和Q4依次串联连接，并且所述开关管Q2的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q4的发射极与所述直流母线的负极相连。所述变流器还包括二极管D1和D2，所述开关管Q5的发射极与开关管Q3的集电极的连接点为A点，所述开关管Q6的发射极与开关管Q4的集电极的连接点为B点，所述二极管D1的阳极与A点连接，所述二极管D1的阴极与开关管Q2的发射极以及开关管Q6的集电极连接；所述二极管D2的阳极与B点连接，所述二极管D2的阴极与开关管Q1的发射极以及开关管Q5的集电极连接。所述LC滤波电路包括电感L1和L2，以及电容C2，所述电感L1的一端与A点连接，所述电感L2的一端与B点连接，所述电感L1、L2的另一端分别与电容C2的两端连接，并且作为LC滤波电路的输出端。并且，所述A点通过电感L1与电网的L相连接；B点通过电感L2与电网的N相连接。
图3示出了本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器中桥式变换电路的SPWM驱动波形信号时序图，如图3所示，桥式变换电路的SPWM驱动信号中，开关管Q1与Q4的驱动信号相同，开关管Q6与Q1的驱动信号互补；开关管Q2与Q3的驱动信号相同，开关管Q5与Q2的驱动信号互补。载波ucarrier大于调制波ucontrol时，开关管Q1的驱动信号为高，因此在调制波的正半周期，开关管Q1的驱动信号从小到大，再从大到小，在调制波的负半周期则开关管Q1的驱动信号为低；载波ucarrier大于调制波ucontrol时，开关管Q2的驱动信号为高，因此在调制波的正半周期，开关管Q2的驱动信号从小到大，再从大到小，在调制波的负半周期，开关管Q2的驱动信号为低。
下面对桥式变换电路的工作状态原理做进一步说明。
在交流侧电的压正半周期，开关管Q5—直通，开关管Q2、Q3常断，以相同的驱动信号驱动开关管Q1、Q4高频开关，开关管Q6高频开关，开关管Q1、Q4开关信号与Q6开关信号互补(忽略死区)。在交流侧电压负半周期，开关管Q6—直导通，开关管Q1、Q4常断，以相同信号驱动开关管Q2、Q3高频开关，开关管Q5高频开关，开关管Q2、Q3开关信号与开关管Q5的开关信号互补(忽略死区)。
(1)工作状态1：
如图3所示，在电网电压的正半周，开关管Q2、Q3、Q6处于断路状态，此时开关管Q5保持闭合状态，开关管Q1、Q4同处于高频开关状态，其脉宽根据电网电压呈正弦变化。在这种状态下，在开关管Q1、Q4导通期间，直流输入电源Udc经开关管Q1、Q4，滤波电感L1、L2，交流电网Ug构成回路向电网供电。桥臂输出电压为：
Figure BDA0002636939710000061
(2)工作状态2：
如图3所示，电路处于开关管Q1、Q4高频开关的关断状态，此时电感电流续流，电感电流经开关管Q5，滤波电感L1、L2，交流电网，二极管D2组成了续流回路，并使并网电流维持原来的方向。此时桥臂输出电压为
Figure BDA0002636939710000071
(3)工作状态3：
如图3所示，在电网电压的负半周期，开关管Q1、Q4、Q5处于断路状态，此时开关管Q6保持闭合状态，开关管Q2、Q3同处于高频开关状态，其脉宽根据电网电压呈正弦变化。在这种状态下，在开关管Q2、Q3导通期间，直流输入电源Udc经开关管Q2、Q3，滤波电感L1、L2，交流电网Ug构成回路向电网供电。此时桥臂输出电压为
Figure BDA0002636939710000072
(4)工作状态4：
如图3所示，电路处于开关管Q2、Q3高频开关的关断状态，此时电感电流续流，电感电流经开关管Q6，滤波电感L1、L2，交流电网，二极管D2组成了续流回路，并使并网电流维持原来的方向。此时桥臂输出电压为
Figure BDA0002636939710000073
综上所述，本发明提供的变流器的输出效果与单极性SPWM的调制方式一样，其输出桥臂的电压呈现为电网电压正半周时为1，0，负半周时为0，-1。
以下对本发明低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的抑制共模电流的效果进行进一步说明：
电网电压工作在正半周期时，在开关管Q1、Q4同处于高频开关的导通状态时，桥臂A点对直流地N点的电压等于输入电压Udc；而在不考虑开关管导通压降的情况下，桥臂B点对直流地N点的电压等于0V。此阶段共模电压Ucm为
Ucm＝0.5(Udc+0)＝0.5Udc (5)
在处于开关管Q1、Q4高频开关的关断状态时，此时因为续流回路的存在。桥臂A点对直流地N的电压为输入电压一半；桥臂B点对直流地N的电压为也同样为输入电压一半。此阶段共模电压Ucm为
Ucm＝0.5(0.5Udc+0.5Udc)＝0.5Udc (6)
由式(5)、式(6)可知，若能保持输入电压恒定，则共模电压Ucm可以始终保持定值，则由式(7)可知，共模电流为0。同样，在电网电压工作于负半周时，可以得到同样的效果。
Figure BDA0002636939710000081
根据本发明的另一个实施例，提供一种用于所述低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的控制方法，由于该变流器为双向变流器，因此所述控制方法包括由整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略，根据所述变流器的工作状况实施相应的控制方法。在并网状态下，由于电网电压存在且在一定范围内变化，一般在230VAC/115VAC左右，所以输出不需要稳电网电压而是跟随电网的电压和频率。所述变流器中的桥式变换电路的整流恒压控制采用母线电压外环和电网电流内环的双闭环控制方式，内环用于控制并网电流正弦化，外环用于控制***直流母线电压恒定；并网恒流控制采用电网电流环控制，根据电流的方向控制其能量从母线电压与电网之间的流动方向。所述整流恒压控制方法包括：
获取直流母线电压反馈信号Udc、电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述直流母线电压反馈信号Udc与电压给定信号Udcref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电压环，并将所述控制电压环的输出作为电网电流的给定信号igref；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
所述并网恒流控制方法包括：
获取电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
进一步的，所述整流恒压控制和所述并网恒流控制中，所述电流给定信号为正值或负值，当所述电流给定信号为正值时，能量从所述直流母线到电网，当所述电流给定信号为负值时，能量从所述电网到直流母线。
以下对该实施例进行详细说明。DC/AC变流器的αβ-dq变换，借鉴了三相逆变器控制中的Park变换，以实现交流量转换成直流量的目的。应用坐标变换至少需要独立的两相，如Park变换中需要相位相差90°的两相正弦波。为了获得独立的两相，依据正交虚拟电路的概念，虚拟出一个与单相逆变器实际交流输出变量相差90°的交流输出变量，并构成了坐标系αβ类似的两静止坐标系。图4示出了单相锁相技术的矢量变换示意图。在图4中，Vgrid是电网电压，VPLL是使用锁相环得到的电压。当二者不重合时因为存在角度差，会寄生新的矢量Vadd，这个寄生矢量会使***发生超调。所以单相锁相环控制技术的目的就是使VPLL与V完全重合，即θ1＝θ。其中，单相电压满足如下关系式：
Figure BDA0002636939710000101
Figure BDA0002636939710000102
图5中示出了本发明的锁相环闭环控制框图。通过将电网电压Vgrid，与虚拟出的正交矢量做Park变换得到Vd和Vq。其中Vd为锁相环输出电压的d轴分量，Vq为输出电压的q轴分量。为了使VPLL与V完全重合，只要保证VPLL在同步旋转坐标系下的q轴分量一直为0，即Vq＝0。当Vq经过PI调节器输出量为0，最终只有电网角频率ωff在积分器作用下输出锁相角度θ。
本发明提供的控制方法的实施例中，包括整流恒压控制和并网恒流控制，其中，整流恒压控制又进一步包括电流内环控制和电压外环控制。下面对上述控制方法进行详细说明。
(1)整流恒压控制
1)电流内环控制
根据本发明的一个实施例，电流内环控制的框图如图6所示，从图6中可知，整个控制器中只包括一个PI+QPR调节器，参数整定比较简单。将并网电流给定值ig_ref与网侧电流反馈值ig_fb的差值，经过PI+QPR调节器，得到调制波信号vc，将其与三角波比较得到SPWM调制的驱动占空比D，图6中，1/Vm为三角波的传递函数。占空比D作用于DC/AC变流器后，得到桥臂中点输出电压VN，从VN减去网侧电压vgrid，得到交流输出电感两端电压为VN-vgrid，通过欧姆定律，可以得到进网电流或者流出电网的电流。其中DC/AC变流器环节可以等效成Vdc。电流内环控制用以保证输出电能质量。此处只需将给定信号和反馈信号都从αβ坐标系转换到dq坐标系下，输出驱动信号的时候从dq坐标系转换到αβ坐标系下。
2)电压外环控制
在并网状态下，母线需要保持稳定，不能大幅波动变化，所以通过电压外环控制通过调节并网功率，当并网功率小于光伏阵列等分布式能源的输出功率时，母线电容充电，母线上电压升高；当并网功率大于光伏阵列等分布式能源的输出功率时，母线电容放电，母线上电压降低回落，以使得母线上的电压为恒定。母线电压的电压外环控制框图如图7所示，母线电压反馈值Vdc_fb与母线电压基准值Vdc_ref的差值，经过PI+QPR调节器和限值，推算得到并网电流基准值ig_ref，Gc(s)为电流内环调节器模型，并网电流基准值ig_ref经电流内环得到网侧电流ig。此处只需将给定信号和反馈信号都从αβ坐标系转换到dq坐标系下，输出驱动信号的时候从dq坐标系转换到αβ坐标系下。
设电网电压有效值为vgrid，并网电流有效值为ig，直流母线电压为Vdc，母线电容输出的电流为idc，由功率平衡关系可以得到：
vgrid×ig＝vdc×idc (10)
设kd＝vgrid/vdc，则有：
idc＝kd×vgrid (11)
经过该环节，得到母线电容输出的电流为跟据直流母线上电容的充放电关系，又可以得，
Figure BDA0002636939710000111
将该公式转换到频域中，有：
Figure BDA0002636939710000112
由此最终可以得到的直流母线电压。
(2)并网恒流控制
并网恒流控制的框图如图8所示。整个控制器只有一个PI+QPR调节器，参数整定比较简单。将并网电流给定值ig_ref与网侧电流反馈值ig_fb的差值，经过PI+QPR调节器，得到调制波信号vc，其与三角波比较得到SPWM调制的驱动占空比D，图8中1/Vm为三角波的传递函数。占空比D作用于DC/AC变流器后，得到桥臂中点输出电压VN，VN减去网侧电压vgrid，得到交流输出电感两端电压，通过欧姆定律，可以得到进网电流或者流出电网的电流。其中DC/AC变流器环节可以等效成Vdc。此处只需将给定信号和反馈信号都从αβ坐标系转换到dq坐标系下，输出驱动信号的时候从dq坐标系转换到αβ坐标系下。此时的母线电压由光伏阵列等分布式能源的输出来稳定或者储能电池的变换输出来稳定。
综上所述，本发明涉及一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器及其控制方法，通过直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路组成非隔离双向DC/AC变流器，并采用整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略对变流器进行控制，可以根据变流器的实际工作情况实现不同的控制。该变流器实现了单相电网与母线之间的双向能量流动，具有降低光伏发电等分布式能源非隔离接入存在的漏电流，实现电网多模式控制运行，低共模电压的优点；并通过SPWM的驱动波形信号时序使母线与电网之间能够双向流动，拓展了其应用范围，并在光伏储能***中得到更好的应用。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器，其特征在于，包括：
直流母线、桥式变换电路以及LC滤波电路；
所述直流母线、桥式变换电路和LC滤波电路依次连接，LC滤波电路的输出端接入电网；
所述桥式变换电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂各包括三个开关管；
所述LC滤波电路包括电感和电容。
2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述第一桥臂包括分别具有反并联二极管的开关管Q1、Q5和Q3，所述第二桥臂包括分别具有反并联二极管的开关管Q2、Q6和Q4。
3.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，所述开关管Q1、Q5和Q3依次串联连接，并且所述开关管Q1的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q3的发射极与所述直流母线的负极相连；所述开关管Q2、Q6和Q4依次串联连接，并且所述开关管Q2的集电极与所述直流母线的正极相连，所述开关管Q4的发射极与所述直流母线的负极相连。
4.根据权利要求3所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括二极管D1和D2，所述开关管Q5的发射极与开关管Q3的集电极的连接点为A点，所述开关管Q6的发射极与开关管Q4的集电极的连接点为B点，所述二极管D1的阳极与A点连接，所述二极管D1的阴极与开关管Q2的发射极以及开关管Q6的集电极连接；所述二极管D2的阳极与B点连接，所述二极管D2的阴极与开关管Q1的发射极以及开关管Q5的集电极连接。
5.根据权利要求4所述的变流器，其特征在于，所述LC滤波电路包括电感L1和L2，以及电容C2，所述电感L1的一端与A点连接，所述电感L2的一端与B点连接，所述电感L1、L2的另一端分别与电容C2的两端连接，并且作为LC滤波电路的输出端。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的低共模电压的非隔离双向DC/AC变流器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括由整流恒压控制方法和并网恒流控制方法组成的组合控制策略，根据所述变流器的工作状况实施相应的控制方法。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述整流恒压控制方法包括：
获取直流母线电压反馈信号Udc、电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述直流母线电压反馈信号Udc与电压给定信号Udcref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电压环，并将所述控制电压环的输出作为电网电流的给定信号igref；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述并网恒流控制方法包括：
获取电网电压Ugrid、电网电流igrid；
将所述电网电压Ugrid经过正交虚拟电压以及αβ/dq坐标变换，以得到锁相角θ，所述电网电流igrid经过αβ/dq坐标变换以及锁相角θ后，形成反馈电流ig；
将所述反馈电流ig与电流给定信号igref进行比较，并将比较后的误差信号输入到PI+QPR控制电流环；
所述电流环的输出经dq/αβ以及锁相角θ形成载波，并将所述载波与调制波相比较形成SPWM控制信号；
将所述SPWM信号经过隔离放大后对所述桥式变换电路中的开关管进行驱动。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述整流恒压控制和所述并网恒流控制中，所述电流给定信号为正值或负值，当所述电流给定信号为正值时，能量从所述直流母线到电网，当所述电流给定信号为负值时，能量从所述电网到直流母线。
CN202010828005.9A 2020-08-17 2020-08-17 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法 Pending CN112003493A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010828005.9A CN112003493A (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010828005.9A CN112003493A (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112003493A true CN112003493A (zh) 2020-11-27

Family

ID=73473255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010828005.9A Pending CN112003493A (zh) 2020-08-17 2020-08-17 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112003493A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117318454A (zh) * 2023-11-28 2023-12-29 锦浪科技股份有限公司 一种低频共模漏电流抑制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104124885A (zh) * 2014-07-31 2014-10-29 安徽明赫新能源有限公司 交错式并联boost结构的h6光伏并网逆变器
CN108390585A (zh) * 2018-03-09 2018-08-10 林春旭 单相h6并网逆变器的低谐波控制***
CN108736489A (zh) * 2018-05-31 2018-11-02 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种非隔离型单相h6桥逆变电路的无功控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104124885A (zh) * 2014-07-31 2014-10-29 安徽明赫新能源有限公司 交错式并联boost结构的h6光伏并网逆变器
CN108390585A (zh) * 2018-03-09 2018-08-10 林春旭 单相h6并网逆变器的低谐波控制***
CN108736489A (zh) * 2018-05-31 2018-11-02 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种非隔离型单相h6桥逆变电路的无功控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.-W. CHOI等: "Digital PLL control for single-phase photovoltaic system", 《IEE PROCEEDING-ELECTRIC POWER APPLICATIONS》 *
朱振青: "H6桥在非隔离光伏并网逆变器中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117318454A (zh) * 2023-11-28 2023-12-29 锦浪科技股份有限公司 一种低频共模漏电流抑制方法
CN117318454B (zh) * 2023-11-28 2024-02-02 锦浪科技股份有限公司 一种低频共模漏电流抑制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111064359A (zh) 宽范围双向变换电路及控制方法
CN105162350B (zh) 一种高效率宽负载范围的三相微逆变器及其控制方法
CN103219910A (zh) 功率转换器电路
US20120290145A1 (en) Single-stage grid-connected solar inverter for distributed reactive power generation
CN108418455B (zh) 一种多电平逆变器的控制方法、装置以及逆变器
Zhao et al. AC–DC–DC isolated converter with bidirectional power flow capability
Fang et al. Modulation and control method for bidirectional isolated AC/DC matrix based converter in hybrid AC/DC microgrid
CN204103796U (zh) 光伏逆变器和光伏空调***
WO2017028776A1 (zh) 高电压增益的五电平逆变器拓扑电路
CN110071652B (zh) 一种低漏电流五开关非隔离单相光伏并网逆变器及并网***
CN109347335B (zh) 一种适用于电流源控制的模块化多电平换流器桥臂拓扑
CN104796019B (zh) 一种z源三电平pwm整流器及其控制方法
Feng et al. Combined DC voltage control scheme for three-port energy router based on instantaneous energy balance
CN104124884A (zh) 光伏逆变器和光伏空调***
CN112003493A (zh) 一种低共模电压的非隔离双向dc/ac变流器及其控制方法
Li et al. Research on voltage balance and power balance control for three-phase cascaded multilevel converter based power electronic transformer
CN111277160A (zh) 一种六开关功率解耦电路及其控制方法
CN108023496B (zh) 串联同时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器
CN108199602B (zh) 多绕组分时供电正激直流斩波型单级多输入高频链逆变器
CN106961226B (zh) 一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路
CN113489363B (zh) 一种双向h6光伏并网变换器及其调制方法
CN112821791B (zh) 一种直流降半压四象限整流器
Bisenieks et al. Analysis of operating modes of the novel isolated interface converter for PMSG based wind turbines
Van et al. Application of the Phase Shift Full Bridge Converter for the Single-Phase Full-Bridge Inverter to Improve the Output of the Renewable Energy
CN108054946B (zh) 内置并联分时选择开关电压型单级多输入低频环节逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201127

RJ01 Rejection of invention patent application after publication