单相全桥交错并联光伏并网逆变器的制造方法
【专利摘要】单相全桥交错并联光伏并网逆变器，属于光伏逆变【技术领域】，本发明为解决并网逆变器交流侧采用串联大电感来实现滤波，存在动态响应慢的问题。本发明方案：S1和S2构成一个桥臂；该桥臂输出端连接电网的一端；S3和S4构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L1连接电网的另一端；S5和S6构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L2连接电网的另一端；三个桥臂均并联在太阳能电池PV的两端；六个开关管的开关时序为：在电网电压正半周期间，S1导通，S3和S5均关断，S4和S6互补导通，留有死区时间；在电网电压负半周期间，S2导通，S4和S6都关断，S3和S5互补导通，留有死区时间。
【专利说明】单相全桥交错并联光伏并网逆变器
【技术领域】
[0001]本发明涉及单相全桥交错并联光伏并网逆变器，属于光伏逆变【技术领域】。
【背景技术】
[0002]并网逆变器作为光伏电池与电网间能量交换的核心，是整个光伏并网发电系统的关键环节，其安全性、可靠性以及能否实现高质量的电能转换，是光伏发电系统亟需解决的关键问题之一。
[0003]并网逆变器流入电网电流的纹波大小直接影响并网电能质量，纹波越小，谐波污染越轻，输送到电网的电能质量越高；反之，谐波污染越大，输送给电网的电能质量越差。而且较大的并网电流纹波也会增加开关管和续流二极管的损耗。因此，在设计光伏并网逆变器时应该尽量减小并网电流纹波，将其控制在一定的范围之内，也有利于减小EMI滤波器的体积和重量。在传统单相光伏并网逆变器中，大多采用四个高频开关管构成的单相全桥逆变电路结构，交流侧的电流纹波比较明显，为了减小纹波，往往通过在交流侧串联一个大电感来实现滤波功能，但是电感太大存在以下问题:
[0004]( I)为了保证流入电网的电流ig的相位、频率能够迅速的跟踪电网电压ug，必须使系统的动态响应足够快，即电流跟踪速度必须要大于期望输出电流变化率的最大值，因此滤波电感L也就不能取得太大。
[0005](2)电感越大，相应的滤波装置的体积、重量及成本也就越大。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了解决并网逆变器交流侧采用串联大电感来实现滤波、减小纹波，存在动态响应慢、滤波装置体积大、重量大及成本高的问题，提供了一种单相全桥交错并联光伏并网逆变器。
[0007]本发明所述单相全桥交错并联光伏并网逆变器，它包括工频开关管S1、工频开关管S2、闻频开关管S3、闻频开关管S4、闻频开关管S5、闻频开关管S6、电感L1和电感L2 ;7K个开关管均自带体二极管；
[0008]S1和S2构成一个桥臂；该桥臂输出端连接电网的一端；
[0009]S3和S4构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L1连接电网的另一端；
[0010]S5和S6构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L2连接电网的另一端；
[0011]三个桥臂均并联在太阳能电池PV的两端；
[0012]六个开关管的开关时序为:
[0013]S1和S2分别在电网电压正半周和负半周互补导通，占空比均为50%，留有死区时间；
[0014]在电网电压正半周期内=S1始终导通，S2, S3, S5始终关断，S4导通一S4、S6均关断—S6导通一S4, S6均关断，留有死区时间；
[0015]在电网电压负半周期间:S2始终导通，S1, S4, S6始终关断，S3导通一s3、s5均关断—S5导通一S3、S5均关断，留有死区时间。
[0016]本发明的优点:本发明提出单相全桥交错并联光伏并网逆变器这一电路拓扑结构，其交流侧在原有电感的基础上并联一个电感，同时增加了两个开关管SpS2，形成六开关管控制的单相全桥逆变主电路结构，通过合理控制开关管的通断，使两个滤波电感电流的变化趋势相反，从而减小并网电流纹波，提高电能质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是【背景技术】中涉及的采用四个高频开关管逆变电路结构的并网逆变器拓扑图；
[0018]图2是本发明所述单相全桥交错并联光伏并网逆变器的拓扑图；
[0019]图3是六个开关管在对应电网电压正负半周的时序图；
[0020]图4是四个高频开关管时序、两个电感电流及电网电流的对应波形图；
[0021]图5是DSP控制原理图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:下面结合图2-4说明本实施方式，本实施方式所述单相全桥交错并联光伏并网逆变器，它包括工频开关管S1、工频开关管S2、高频开关管S3、高频开关管S4>闻频开关管S5、闻频开关管S6、电感L1和电感L2 ;7K个开关管均自带体二极管；
[0023]S1和S2构成一个桥臂；该桥臂输出端连接电网的一端；
[0024]S3和S4构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L1连接电网的另一端；
[0025]S5和S6构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L2连接电网的另一端；
[0026]三个桥臂均并联在太阳能电池PV的两端；
[0027]六个开关管的开关时序为:
[0028]S1和S2分别在电网电压正半周和负半周互补导通，占空比均为50%，留有死区时间；
[0029]在电网电压正半周期内=S1始终导通，S2, S3, S5始终关断，S4导通一S4, S6均关断—S6导通一S4, S6均关断，留有死区时间；
[0030]在电网电压负半周期间:S2始终导通，S1, S4, S6始终关断，S3导通一S3> S5均关断—S5导通一S3、S5均关断，留有死区时间。
[0031]S1、S2为工频开关管，分别在电网正半周期和负半周期工作，可以实现太阳能电池与电网的解耦控制，S4、S6 (S3、S5)为高频开关管，在电网正(负)半周期内交错导通，使电感LpL2中的电流上升和下降趋势相反，总的并网电流ig中的纹波幅值减小，从而降低了对电网的谐波污染。
[0032]在电网电压正半周时，重复执行工作模态I和工作模态2，工作模态I和工作模态2互相切换时设置死区时间；
[0033]在电网电压负半周时，重复执行工作模态3和工作模态4，工作模态3和工作模态4互相切换时设置死区 时间；
[0034]工作模态I =S1恒导通，S2、S3、S5恒关断，此时S4导通，S6关断，电感L1中的电流增大，电感L1储能,其传输路径为:PV+—S1 一电网一L1 一S4一PV-;与此同时，电感L2释放能量，流经电感L2的电流减小，其闭合续流路径为:电网一L2 —S5体二极管一S1 ；
[0035]工作模态2 =S1, S2, S3> S5开关状态同工作模式I，此时开关管S6导通，S4关断，L2的电流增大，电感L2储存能量，传输路径为:PV+— S1-电网一L2—S6-PV-;与此同时，L1释放能量，L1的电流减小，其闭合续流路径为:电网一L1 一S3体二极管一Sp
[0036]这样，在开关管S1导通期间，通过S4和S6的交错导通，使得电感L1和L2中的电流总是一个上升一个下降，因此，总的并网电流ig的纹波降低。
[0037]工作模态3:开关管S2恒导通，S1, S4, S6恒关断，S3导通，S5关断，流经L1中的电流增大，电感L1储能，传输路径为:PV+—S3一L1 一电网一S2 —PV-;与此同时，L2释放能量，电流经电网一S2-S6体二极管一L2形成闭合续流回路，电感L2释放能量，电流下降。
[0038]工作模态4:开关管S2恒导通，SpSpS6恒关断，S5导通，S3关断，流经L2的电流增大，电感L2储能，导通路径为:PV+—S5—L2—电网一S2-PV-;与此同时，L1释放能量，L1的电流下降，闭合续流路径为:S4体二极管一L1 一电网一S2。
[0039]因此，在电网电压的一个周期内，开关管的工作时序为:
[0040]正半周期=S1始终导通，S2, S3, S5始终关断，S4导通一S4、S6均关断一S6导通一S4,S6均关断。在该过程中，工作模态I和工作模态2会重复出现，工作模态I结束后对应一个可变死区时间，然后进行工作模态2，工作模态2后经过一个死区时间后重复进行工作模态I，工作模态1、工作模态2以及两个死区时间构成一个开关周期T。工作模态I对应图4中t0一ti时间段，工作模态2对应图4中t2—13时间段，h—12和t3—14时间段为可变死区时间，根据电网电压进行实时调节。
[0041]负半周期:S2始终导通，S1, S4，S6始终关断，S3导通一S3、S5均关断一S5导通一S3、S5均关断。在该过程中，工作模态3和工作模态4会重复出现，工作模态3结束后对应一个可变死区时间，然后进行工作模态4，工作模态4后经过一个死区时间后重复进行工作模态3，工作模态3和工作模态4构成一个开关周期T。负半周期的工作模态在图4中的对应时间段与正半周期类似。
[0042]图4为并网电流ig以及电感L1和L2中的电流波形，从中可以看出，该发明可以有效减小逆变器并网电流纹波，提高并网电能质量。
[0043]【具体实施方式】二:下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，六个开关管的驱动信号由DSP产生，具体过程为:
[0044]步骤一、采样电网电压Ug和电网电流ig ;采样太阳能电池PV的输出电压ud。；
[0045]步骤二、电网电压Ug经过比较器后输出的信号为S1和S2提供驱动信号；
[0046]步骤三、电网电压Ug经过锁相处理输出标准正弦波信号sin Θ ；
[0047]步骤四、太阳能电池PV电压采样值ud。与给定值IW作差后，进行PI调节，与步骤三获取的sin0相乘，获取电流内环给定值iMf ;
[0048]步骤五、步骤四获取的电流内环给定值iMf与电网电流ig作差后，进行PI调节，然后经SPWM调制，输出四路PWM信号作为S3、S4、S5和S6的驱动信号。
[0049]所述DSP采用型号为TMS320LF2812的DSP来实现。
[0050]电网电压采样信号Ug有两个作用，一方面通过比较器控制开关管S1和S2的导通与关断，另一方面作为锁相环(PLL)的输入，产生标准正弦波。开关管S3-S6的控制采用电压电流双闭环控制方式，光伏电池输出电压(也可在光伏电池后面接一个DC/DC变换器)米样值Ud。与给定值uMf作差后经过PI调节器，PI调节器的输出与锁相环产生的标准正弦波相乘得到电流内环的给定值iMf，将得到的电流给定值iMf与并网电流采样值ig作差后经过PI环节器，PI调节器的输出与三角形载波比较，产生PWM波控制S3-S6四个开关管的开关状态。
【权利要求】
1.单相全桥交错并联光伏并网逆变器，其特征在于，它包括工频开关管S1、工频开关管S2>闻频开关管S3、闻频开关管S4、闻频开关管S5、闻频开关管S6、电感L1和电感L2 ;7K个开关管均自带体二极管； S1和S2构成一个桥臂；该桥臂输出端连接电网的一端； S3和S4构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L1连接电网的另一端； S5和S6构成一个桥臂；该桥臂输出端通过电感L2连接电网的另一端； 三个桥臂均并联在太阳能电池PV的两端； 六个开关管的开关时序为: S1和S2分别在电网电压正半周和负半周互补导通，占空比均为50%,留有死区时间； 在电网电压正半周期内=S1始终导通，S2, S3, S5始终关断，S4导通一S4、S6均关断一S6导通一S4, S6均关断，留有死区时间； 在电网电压负半周期间:S2始终导通，S1, S4, S6始终关断，S3导通一S3、S5均关断一S5导通一S3、S5均关断，留有死区时间。
2.根据权利要求1所述单相全桥交错并联光伏并网逆变器，其特征在于，六个开关管的驱动信号由DSP产生，具体过程为: 步骤一、采样电网电压Ug和电网电流ig ;采样太阳能电池PV的输出电压ud。； 步骤二、电网电压Ug经过比较器后输出的信号为S1和S2提供驱动信号； 步骤三、电网电压Ug经过锁相处理输出标准正弦波信号sin Θ ； 步骤四、太阳能电池PV电压采样值ud。与给定值uMf作差后，进行PI调节，与步骤三获取的sin Θ相乘,获取电流内环给定值iMf ; 步骤五、步骤四获取的电流内环给定值iMf与电网电流ig作差后，进行PI调节，然后经SPWM调制，输出四路PWM信号作为S3、S4、S5和S6的驱动信号。
3.根据权利要求2所述单相全桥交错并联光伏并网逆变器，其特征在于，所述DSP采用型号为TMS320LF2812的DSP来实现。
【文档编号】H02M7/5387GK103762880SQ201410035598
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】王卫, 刘桂花, 刘鸿鹏, 曹小娇, 王盼宝, 姜季宏, 杨玉琳 申请人:哈尔滨工业大学