专利名称：包含直流变压器的并网逆变器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，属于电能变换领域，用于光伏发电等可再生能源的并网发电。
背景技术：
目前，能源的短缺以及环境污染问题日益严重，以风力发电、光伏发电为代表的可再生能源发电技术因其不消耗地球化石能源、对环境零排放等优点，成为最有竞争力的解决能源和环境问题的途径，获得了广泛关注，成为了当前的研究热点。由于可再生发电源输出的电能形式对环境变化更加敏感，波动较大，难以直接为负载供电，为此需要结合相应的电能变换技术来获得满足并网运行或独立供电要求的电能形式。在目前的解决方案中，对于光伏发电系统，其输出为直流形式，一种方案是采用直流-直流-交流的两级式结构实现平稳的交流电能输出。这种结构中直流侧增加的开关变换器造成系统损耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一种方案是采用Z源型逆变器，在直流发电源和传统逆变器中间串接由两个电感和电容组成的交叉阻抗网络，利用逆变器的直通状态对电感进行储能，在非直通状态释放，进而间接实现直流电压的升压控制。Z源型逆变器采用单级结构同时实现直流侧的升压控制和交流侧的逆变控制，具有结构紧凑、效率高等优点，受到广泛关注。但是这种方案直流升压比有限，在直流升压比较大时，需要较大的直通占空比，造成对交流侧的输出电压和电流波形造成不良影响，另外，Z源型逆变器需要两个储能电感和两个滤波电容，造成成本和体积均有所增加，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，用于光伏发电等可再生能源的并网发电，解决现有可再生能源并网发电系统中的并网逆变器的效率低、结构复杂等问题。
一种包含直流侧变压器的并网逆变器的控制方法，所述的包含直流侧变压器的并网逆变器组成包括直流正极输入端的二极管，变压器，滤波电容，逆变器，滤波器，所述的二极管的正极与外部直流电源的正极输出端相连，作为整个并网逆变器的正极输入端，二极管的负极与直流侧的变压器的输入端相连，变压器的第一输出端与逆变器的直流正极输入端相连，变压器的第二输出端与滤波电容的一端相连，滤波电容的另一端与逆变器的直流负极输入端以及外部直流电源的负极输出端相连，逆变器的第一输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与电网的一相相连，逆变器的第二输出端与电网的另一相相连，采用直流电压采样模块采集逆变器的直流输入电压，采用低通滤波器滤除直流电压的高频脉冲，采用直流电压调节器控制逆变器的直流输入电压，采用并网电流检测模块采集并网电流，采用电网检测模块采集电网电压，采用电网电压相位检测模块计算电网电压相位，采用正弦值计算模块计算电网电压相位的正弦值，使用电流闭环控制模块对并网电流进行控制，采用加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作；
所述的包含直流侧变压器的并网逆变器的控制方法的步骤是，
步骤一、直流电压采样模块采集的逆变器的直流输入电压输入到低通滤波器，滤除逆变器的直流输入电压的高频脉冲，获得逆变器的直流输入电压中的直流分量；
步骤二、设置逆变器的直流输入电压的给定值，与步骤一获得的逆变器的直流输入电压中的直流分量相减，获得的差值通过直流电压调节器获得逆变器中各个桥臂的直通占空t匕，以实现对逆变器的直流输入电压的恒定控制；
步骤三、采用电网电压检测模块采集电网电压，将较高的电网电压转换为较低的电压信号，将采集的电网电压信号输入到电网电压相位检测模块，获得电网电压的实时相位，再将所述的电网电压的实时相位输入正弦值计算模块，获得电网电压的实时相位的正弦值；步骤四、设置并网电流幅值的给定值，与步骤三获得的电网电压的实时相位的正弦值相乘，获得并网电流的瞬时给定值；
步骤五、采用并网电流检测模块采集并网电流，将采集到的并网电流与步骤四获得的并网电流的瞬时给定值输入到电流闭环控制模块，获得逆变器的输出电压的给定值；
步骤六、将步骤二获得的直通占空比以及步骤五获得的逆变器的输出电压的给定值输入到加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作，从而实现并网电流的闭环控制。
本发明所具有的优点本发明以直流侧加入变压器的并网逆变器为控制对象，采用逆变器直流输入电压和并网电流的双闭环控制，由于只需直流-交流逆变的一级电路结构和更少的储能元件即可同时实现直流电压的恒定和电网侧的单位功率因数并网控制，因此具有结构紧凑以及效率闻、可罪性闻等优点。
图I是本发明的包含直流变压器的并网逆变器的控制方法的原理 图2是本发明的包含直流变压器的并网逆变器的控制方法的流程 图3是本发明的包含直流变压器的并网逆变器的直通状态的原理图，图4是本发明的包含直流变压器的并网逆变器的原理 图5是本发明的加入直通状态的SPWM的原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I至图5具体说明本实施方式。图I是本发明的包含直流变压器的并网逆变器的控制方法的原理图，所述的包含直流侧变压器的并网逆变器组成包括直流正极输入端的二极管，变压器，滤波电容，逆变器，滤波器，所述的二极管的正极与外部直流电源的正极输出端相连，作为整个并网逆变器的正极输入端，二极管的负极与直流侧的变压器的输入端相连，变压器的第一输出端与逆变器的直流正极输入端相连，变压器的第二输出端与滤波电容的一端相连，滤波电容的另一端与逆变器的直流负极输入端以及外部直流电源的负极输出端相连，逆变器的第一输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与电网的一相相连，逆变器的第二输出端与电网的另一相相连，采用直流电压采样模块采集逆变器的直流输入电压，采用低通滤波器滤除直流电压的高频脉冲，采用直流电压调节器控制逆变器的直流输入电压，采用并网电流检测模块采集并网电流，采用电网检测模块采集电网电压，采用电网电压相位检测模块计算电网电压相位，采用正弦值计算模块计算电网电压相位的正弦值，使用电流闭环控制模块对并网电流进行控制，采用加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作；
所述的包含直流侧变压器的并网逆变器的控制方法的流程图如图2所示，其步骤是，
步骤一、直流电压采样模块采集的逆变器的直流输入电压输入到低通滤波器，滤除逆变器的直流输入电压的高频脉冲，获得逆变器的直流输入电压中的直流分量；
步骤二、设置逆变器的直流输入电压的给定值，与步骤一获得的逆变器的直流输入电压中的直流分量相减，获得的差值通过直流电压调节器获得逆变器中各个桥臂的直通占空t匕，以实现对逆变器的直流输入电压的恒定控制；
步骤三、采用电网电压检测模块采集电网电压，将较高的电网电压转换为较低的电压信号，将采集的电网电压信号输入到电网电压相位检测模块，获得电网电压的实时相位，再将所述的电网电压的实时相位输入正弦值计算模块，获得电网电压的实时相位的正弦值；步骤四、设置并网电流幅值的给定值，与步骤三获得的电网电压的实时相位的正弦值相乘，获得并网电流的瞬时给定值；
步骤五、采用并网电流检测模块采集并网电流，将采集到的并网电流与步骤四获得的并网电流的瞬时给定值输入到电流闭环控制模块，获得逆变器的输出电压的给定值；
步骤六、将步骤二获得的直通占空比以及步骤五获得的逆变器的输出电压的给定值输入到加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作，从而实现并网电流的闭环控制。下面分别详细说明各部分的工作原理。(I)包含直流变压器的并网逆变器的直流升压原理
加入直流变压器的作用是通过逆变器产生直通状态，进而使能量存储在直流变压器中，而在非直通状态释放出去，进而实现直流电压的升压。下面推导其直流电压和直流供电电源之间的关系，即直流升压比。各个公式中变量的物理含义为，*^为变压器(2)的绕组Wl两端电压，为变压器(2)的绕组W2两端电压，《I为变压器(2)的匝数比《b力滤波电容(3)的电压，*W为直流正极输入端的二极管(I)的电压为直流输入电源电圧if力逆变器的直通占空比。在直通状态下，对应的等效电路如图3所示，其绕组电压方程为
权利要求
1.一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，所述的包含直流变压器的并网逆变器组成包括直流正极输入端的二极管，变压器，滤波电容，逆变器，滤波器，所述的二极管的正极与外部直流电源的正极输出端相连，作为整个并网逆变器的正极输入端，二极管的负极与直流侧的变压器的输入端相连，变压器的第一输出端与逆变器的直流正极输入端相连，变压器的第二输出端与滤波电容的一端相连，滤波电容的另一端与逆变器的直流负极输入端以及外部直流电源的负极输出端相连，逆变器的第一输出端与滤波器的一端相连，滤波器的另一端与电网的一相相连，逆变器的第二输出端与电网的另一相相连， 所述的包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，其特征在于，采用直流电压采样模块采集逆变器的直流输入电压，采用低通滤波器滤除直流电压的高频脉冲，采用直流电压调节器控制逆变器的直流输入电压，采用并网电流检测模块采集并网电流，采用电网电压检测模块采集电网电压，采用电网电压相位检测模块计算电网电压相位，采用正弦值计算模块计算电网电压相位的正弦值，使用电流闭环控制模块对并网电流进行控制，采用加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作； 所述的包含直流变压器的并网逆变器的控制方法的步骤是， 步骤一、直流电压采样模块采集的逆变器的直流输入电压输入到低通滤波器，滤除逆变器的直流输入电压的高频脉冲，获得逆变器的直流输入电压中的直流分量； 步骤二、设置逆变器的直流输入电压的给定值，与步骤一获得的逆变器的直流输入电压中的直流分量相减，获得的差值通过直流电压调节器获得逆变器中各个桥臂的直通占空t匕，以实现对逆变器的直流输入电压的恒定控制；步骤三、采用电网电压检测模块采集电网电压，将较高的电网电压转换为较低的电压信号，将采集的电网电压信号输入到电网电压相位检测模块，获得电网电压的实时相位，再将所述的电网电压的实时相位输入正弦值计算模块，获得电网电压的实时相位的正弦值；步骤四、设置并网电流幅值的给定值，与步骤三获得的电网电压的实时相位的正弦值相乘，获得并网电流的瞬时给定值； 步骤五、采用并网电流检测模块采集并网电流，将采集到的并网电流与步骤四获得的并网电流的瞬时给定值输入到电流闭环控制模块，获得逆变器的输出电压的给定值； 步骤六、将步骤二获得的直通占空比以及步骤五获得的逆变器的输出电压的给定值输入到加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作，从而实现并网电流的闭环控制。
2.根据权利要求I所述的一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述的直流电压调节器采用比例-积分控制方式。
3.根据权利要求I所述的一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，其特征在于，所述的电流闭环控制模块采用比例-积分控制方式。
全文摘要
本发明涉及一种包含直流变压器的并网逆变器的控制方法，属于电能变换领域，用于光伏发电等可再生能源的并网发电。本发明在并网逆变器的直流侧加入二极管和变压器，采用直流电压采样模块采集逆变器的直流输入电压，采用低通滤波器滤除直流电压的高频脉冲，采用加入直通状态的正弦波脉宽调制算法产生脉宽调制信号控制逆变器中的各个开关管工作，并采用直流电压和并网电流的双闭环控制。本发明采用一级电路结构和更少的储能元件同时实现了直流电压的升压、稳压控制以及将发电源的发电能量输送到电网中，具有结构紧凑、直流电压利用率高以及效率高、可靠性高等优点。
文档编号H02J3/38GK102931681SQ20121040980
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者李宣南, 朴顺善, 毛飞 申请人:哈尔滨东方报警设备开发有限公司