專利名稱：包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，屬于電能變換領域，用于光伏發電等可再生能源的并網發電。
背景技術：
目前，能源的短缺以及環境污染問題日益嚴重，以風力發電、光伏發電為代表的可再生能源發電技術因其不消耗地球化石能源、對環境零排放等優點，成為最有競爭力的解決能源和環境問題的途徑，獲得了廣泛關注，成為了當前的研究熱點。由于可再生發電源輸出的電能形式對環境變化更加敏感，波動較大，難以直接為負載供電，為此需要結合相應的電能變換技術來獲得滿足并網運行或獨立供電要求的電能形式。在目前的解決方案中，對于光伏發電系統，其輸出為直流形式，一種方案是采用直流-直流-交流的兩級式結構實現平穩的交流電能輸出。這種結構中直流側增加的開關變換器造成系統損耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一種方案是采用Z源型逆變器，在直流發電源和傳統逆變器中間串接由兩個電感和電容組成的交叉阻抗網絡，利用逆變器的直通狀態對電感進行儲能，在非直通狀態釋放，進而間接實現直流電壓的升壓控制。Z源型逆變器采用單級結構同時實現直流側的升壓控制和交流側的逆變控制，具有結構緊湊、效率高等優點，受到廣泛關注。但是這種方案直流升壓比有限，在直流升壓比較大時，需要較大的直通占空比，造成對交流側的輸出電壓和電流波形造成不良影響，另外，Z源型逆變器需要兩個儲能電感和兩個濾波電容，造成成本和體積均有所增加，不利于推廣應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，用于光伏發電等可再生能源的并網發電，解決現有可再生能源并網發電系統中的并網逆變器的效率低、結構復雜等問題。
一種包含直流側變壓器的并網逆變器的控制方法，所述的包含直流側變壓器的并網逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網逆變器的正極輸入端，二極管的負極與直流側的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負極輸入端以及外部直流電源的負極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網的另一相相連，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調節器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網電流檢測模塊采集并網電流，采用電網檢測模塊采集電網電壓，采用電網電壓相位檢測模塊計算電網電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網電壓相位的正弦值，使用電流閉環控制模塊對并網電流進行控制，采用加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作；
所述的包含直流側變壓器的并網逆變器的控制方法的步驟是，
步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量；
步驟二、設置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調節器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟三、采用電網電壓檢測模塊采集電網電壓，將較高的電網電壓轉換為較低的電壓信號，將采集的電網電壓信號輸入到電網電壓相位檢測模塊，獲得電網電壓的實時相位，再將所述的電網電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設置并網電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網電流的瞬時給定值；
步驟五、采用并網電流檢測模塊采集并網電流，將采集到的并網電流與步驟四獲得的并網電流的瞬時給定值輸入到電流閉環控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值；
步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作，從而實現并網電流的閉環控制。
本發明所具有的優點本發明以直流側加入變壓器的并網逆變器為控制對象，采用逆變器直流輸入電壓和并網電流的雙閉環控制，由于只需直流-交流逆變的一級電路結構和更少的儲能元件即可同時實現直流電壓的恒定和電網側的單位功率因數并網控制，因此具有結構緊湊以及效率聞、可罪性聞等優點。
圖I是本發明的包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法的原理 圖2是本發明的包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法的流程 圖3是本發明的包含直流變壓器的并網逆變器的直通狀態的原理圖，圖4是本發明的包含直流變壓器的并網逆變器的原理 圖5是本發明的加入直通狀態的SPWM的原理圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖I至圖5具體說明本實施方式。圖I是本發明的包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法的原理圖，所述的包含直流側變壓器的并網逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網逆變器的正極輸入端，二極管的負極與直流側的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負極輸入端以及外部直流電源的負極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網的另一相相連，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調節器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網電流檢測模塊采集并網電流，采用電網檢測模塊采集電網電壓，采用電網電壓相位檢測模塊計算電網電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網電壓相位的正弦值，使用電流閉環控制模塊對并網電流進行控制，采用加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作；
所述的包含直流側變壓器的并網逆變器的控制方法的流程圖如圖2所示，其步驟是，
步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量；
步驟二、設置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調節器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟三、采用電網電壓檢測模塊采集電網電壓，將較高的電網電壓轉換為較低的電壓信號，將采集的電網電壓信號輸入到電網電壓相位檢測模塊，獲得電網電壓的實時相位，再將所述的電網電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設置并網電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網電流的瞬時給定值；
步驟五、采用并網電流檢測模塊采集并網電流，將采集到的并網電流與步驟四獲得的并網電流的瞬時給定值輸入到電流閉環控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值；
步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作，從而實現并網電流的閉環控制。下面分別詳細說明各部分的工作原理。(I)包含直流變壓器的并網逆變器的直流升壓原理
加入直流變壓器的作用是通過逆變器產生直通狀態，進而使能量存儲在直流變壓器中，而在非直通狀態釋放出去，進而實現直流電壓的升壓。下面推導其直流電壓和直流供電電源之間的關系，即直流升壓比。各個公式中變量的物理含義為，*^為變壓器(2)的繞組Wl兩端電壓，為變壓器(2)的繞組W2兩端電壓，《I為變壓器(2)的匝數比《b力濾波電容(3)的電壓，*W為直流正極輸入端的二極管(I)的電壓為直流輸入電源電圧if力逆變器的直通占空比。在直通狀態下，對應的等效電路如圖3所示，其繞組電壓方程為
權利要求
1.一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，所述的包含直流變壓器的并網逆變器組成包括直流正極輸入端的二極管，變壓器，濾波電容，逆變器，濾波器，所述的二極管的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為整個并網逆變器的正極輸入端，二極管的負極與直流側的變壓器的輸入端相連，變壓器的第一輸出端與逆變器的直流正極輸入端相連，變壓器的第二輸出端與濾波電容的一端相連，濾波電容的另一端與逆變器的直流負極輸入端以及外部直流電源的負極輸出端相連，逆變器的第一輸出端與濾波器的一端相連，濾波器的另一端與電網的一相相連，逆變器的第二輸出端與電網的另一相相連， 所述的包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，其特征在于，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用直流電壓調節器控制逆變器的直流輸入電壓，采用并網電流檢測模塊采集并網電流，采用電網電壓檢測模塊采集電網電壓，采用電網電壓相位檢測模塊計算電網電壓相位，采用正弦值計算模塊計算電網電壓相位的正弦值，使用電流閉環控制模塊對并網電流進行控制，采用加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作； 所述的包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法的步驟是， 步驟一、直流電壓采樣模塊采集的逆變器的直流輸入電壓輸入到低通濾波器，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量； 步驟二、設置逆變器的直流輸入電壓的給定值，與步驟一獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量相減，獲得的差值通過直流電壓調節器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空t匕，以實現對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；步驟三、采用電網電壓檢測模塊采集電網電壓，將較高的電網電壓轉換為較低的電壓信號，將采集的電網電壓信號輸入到電網電壓相位檢測模塊，獲得電網電壓的實時相位，再將所述的電網電壓的實時相位輸入正弦值計算模塊，獲得電網電壓的實時相位的正弦值；步驟四、設置并網電流幅值的給定值，與步驟三獲得的電網電壓的實時相位的正弦值相乘，獲得并網電流的瞬時給定值； 步驟五、采用并網電流檢測模塊采集并網電流，將采集到的并網電流與步驟四獲得的并網電流的瞬時給定值輸入到電流閉環控制模塊，獲得逆變器的輸出電壓的給定值； 步驟六、將步驟二獲得的直通占空比以及步驟五獲得的逆變器的輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作，從而實現并網電流的閉環控制。
2.根據權利要求I所述的一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，其特征在于，所述的直流電壓調節器采用比例-積分控制方式。
3.根據權利要求I所述的一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，其特征在于，所述的電流閉環控制模塊采用比例-積分控制方式。
全文摘要
本發明涉及一種包含直流變壓器的并網逆變器的控制方法，屬于電能變換領域，用于光伏發電等可再生能源的并網發電。本發明在并網逆變器的直流側加入二極管和變壓器，采用直流電壓采樣模塊采集逆變器的直流輸入電壓，采用低通濾波器濾除直流電壓的高頻脈沖，采用加入直通狀態的正弦波脈寬調制算法產生脈寬調制信號控制逆變器中的各個開關管工作，并采用直流電壓和并網電流的雙閉環控制。本發明采用一級電路結構和更少的儲能元件同時實現了直流電壓的升壓、穩壓控制以及將發電源的發電能量輸送到電網中，具有結構緊湊、直流電壓利用率高以及效率高、可靠性高等優點。
文檔編號H02J3/38GK102931681SQ20121040980
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者李宣南, 樸順善, 毛飛 申請人:哈爾濱東方報警設備開發有限公司