用于光伏高压直流输电系统的零电压软开关控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种应用于光伏高压直流输电系统大功率DC/DC变换器的控制方法。【背景技术】
[0002] 能源在现代社会中起着极其重要的作用，是现代社会赖W生存和发展的基石之 一，也是目前国际政治、经济的焦点问题。能源问题关系到国际政治风云，关系到国家的经 济社会发展，也关系到每个人日常生活的方方面面。因此能源问题受到了世界各国政府和 经济组织的普遍关注。为了缓解运些问题，可再生能源逐渐进入人们的视野。可再生能源由 于具有永不枯竭和环境友好的优点而受到了人们的极大关注。近年来，可再生能源保持了 每年30%的增长率，成为世界上成长最迅速的行业之一。光伏发电是可再生能源发电系统 中一种重要的发电形式，根据国家发改委能源所可再生能源发展目标，到2020年光伏装机 容量达到1. 5亿千瓦，到2030年光伏装机容量达到5-6千瓦，平均年均装机容量达到40GW， 具有广阔的市场前景。
[0003] 目前光伏发电主要经过逆变器变换并入低压交流电网供负载使用，或经变压器升 压后并入高压交流电网。随着高压直流输配电应用逐渐增多，特别是柔性直流输电技术的 快速发展，中低压直流电网示范应用系统发展迅速。光伏发电作为一种重要的可再生能源 发电技术，光伏发电并入高压直流电网必将成为未来光伏发电的一种重要并网形式。
[0004] 目前常见的DC/DC变换器隔离类拓扑结构有反激、正激、谐振等拓扑类型，非隔离 拓扑有Buck、Boost、Buck-Boost、化k等类型，此外还有基于运些基本拓扑类型，采用模块 化组合的混合拓扑。但是基于运些拓扑类型的设备中，IGBT开关管是主要器件。在大容量、 高电压、大电流、高频率应用中IGBT开关管的开关损耗成为影响设备效率的重要因素。
[0005] 高频条件下，为了减少系统的开关损耗，提高系统效率，可采用软开关技术降低系 统的损耗。目前的软开关技术与实际应用拓扑结合较紧密，一般根据不同拓扑电路工作原 理提出具有针对性的软开关方案。
[0006] 常用的电源系统的输入电压和输入功率在额定工作点附近10%范围内波动，一般 电源只需保证在额定工作点周围较小的范围内能够实现软开关即可满足系统提高效率的 要求。由于光伏组件输出具备IV特性，系统输入电压和输入功率一般在最大功率点附近 20 % -30 %范围内波动，特别是当光照、溫度、遮蔽等条件变化时，光伏的输出电压、输出电 流将会发生较大的波动，超过常见电源系统的零电压实现条件，进而降低了设备的整体效 率。 阳007] 国内专利一种高频链逆变器的软开关控制方法，如201310555137. 9,提出了一种 桥电路的开关控制方法，但是其软开关过程需要增加额外的硬件电路；国内专利一种全桥 组合软开关直流变换器，如201210514235. 3,提出了一种桥电路软开关的实现方法，但是需 要增加RCD电路作为辅助电路，控制过程更加复杂。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是克服传统方法中零电压软开关实现范围难W定量描述，无法在设 计阶段解决零电压软开关实现条件的缺点，提出一种宽输入电压范围下能够实现零电压软 开关的控制方法。
[0009] 本发明根据光伏高压直流输电系统的输入电压范围、占空比、开关管寄生电容、电 感电流等参数，计算谐振电感感值；根据所计算的谐振电感感值和开关管寄生电容容值计 算错位电路开关管的提前导通时间范围，进而控制光伏高压直流输电系统的错位电路开关 管的提前导通时间，实现光伏高压直流输电系统的宽输入电压范围下的零电压开通软开 关。
[0010] 本发明在设计阶段控制系统零电压软开关的实现范围，从而解决传统方法中零电 压软开关实现范围难W定量描述，无法在设计阶段解决零电压软开关实现条件的问题。
[0011] 本发明应用于采用带错位电路的Boost全桥升压电路。相比一般拓扑，带错位电 路的Boost全桥升压电路可W显著提高系统的电压升压比，降低电感的耐压值。
[0012] 本发明工作原理如下：
[0013] 根据软开关中谐振电感和谐振电容的谐振过程原理，通过对系统开关模态的分 析，确定参与谐振过程的开关管寄生电容和谐振电感，根据LC谐振原理，推导得到不同输 入电压及占空比下，开关管寄生电容和谐振电感应满足的范围，进而确定谐振电感的感值 范围。同时根据LC谐振原理推导得到谐振过程的周期时间，确定错位电路开关管的提前导 通时间。
[0014] 利用本发明提出的谐振电感感值范围，可W在设备设计阶段考虑全输入电压工作 范围的零电压开通软开关的实现条件，通过调整设备的谐振电感感值满足宽输入电压范围 的软开关实现条件。当高频变压器漏感不满足谐振电感要求时，可W采用调整变压器一次 侧导线绕线方式或增加小容量电感的方式，调整谐振电感，使其满足要求。
[0015] 利用本发明提出的错位电路开关管提前导通时间范围，可W在设备运行过程中， 结合设备占空比和控制周期，精确调整错位电路开关管提前导通时间，能够使桥电路开关 管的续流二极管及时导通，具备实现零电压开通软开关条件。
[0016] 所述的谐振电感感值范围计算方法为：
[0017]
阳〇1引式中，Lik为LC谐振电感感值，Um为系统输入电压值，D为PWM占空比信号，IIkpeak为高频变压器漏感电流峰值，L为Boost电感电流均值，C2为第二桥电路开关管S2寄生电 容值，Cs为第S桥电路开关管S3寄生电容值，C。为错位电路开关管SO寄生电容值。
[0019] 其中错位电路开关管SO提前导通时间差At应满足：
[0020]
[0021] 式中，At为错位电路开关管SO关闭时刻相对于桥电路开关管导通时刻的超前时 间，Lik为LC谐振电感感值，JT为圆周率，C2为第二桥电路开关管S2寄生电容值，C3为第S 桥电路开关管S3寄生电容值，C。为错位电路开关管SO寄生电容值。
[0022] 其中的零电压开通谐振回路电感可W采用高频变压器寄生漏感，也可采用高频变 压器寄生漏感与高频变压器一次侧导线缠绕成的空屯、电感串联连接。
[0023] 其中错位电路开关管提前导通时间可W采用硬件电路实现，也可由产生PWM占空 比的数字信号处理器值SP)的定时器模块实现。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例的应用拓扑图； 阳0巧]图2为本发明实施例的一次电路结构框图；
[0026] 图中：10光伏组件，11输入稳压电容，12Boost电感，13错位电路，14IGBT开关 管组成的全桥电路；15高频变压器，16整流电路，二极管整流桥电路；17输出电容，18直流 电网。
[0027] 图3为本发明实施例桥电路开关管零电压软开关的控制时序；
[002引图4为本发明实施例t4时刻电路导通示意图；
[0029] 图5为本发明实施例tg时刻电路导通示意图。
【具体实施方式】
[0030] W下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0031]W下针对光伏高压直流输电系统的一种实施例---带错位电路的Boost全桥升压 电路，详细说明零电压软开关方法。
[0032] 图1所示为光伏直流输电系统的映众典型应用场景。主干网络中的MMC变换器 (模块化多电平变换器）与通用的DC-DC变换器通过直流输电网连接，MMC变换器同时接入 交流电网，DC-DC变换器同时连接不同电压等级的直流网络，交流电网、MMC变换器、直流输 电网、DC-DC变换器、不同电压等级的直流网络共同构成了一个典型的直流网络。将本发明 实施例的带错位电路的Boost全桥升压电路W并网单元的形式并入该典型直流网络，从而 达到将光伏发电并入直流电网的目的。
[0033] 图2所示为本发明实施例---带错位电路的Boost全桥升压电路的结构。其中 Boost电感12的电流是计算零电压开通软开关的最小谐振电感的重要参数；错位电路13 中的开关管SO的寄生电容CO是参与软开关LC谐振的容性元件，其中IGBT开关管SO的提 前导通时间也是实现零电压开通软开关的重要参数。全桥电路14包含四个桥电路IGBT开 关管Sl、S2、S3、S4,四个桥电路IGBT开关管的寄生电容CUC2、C3、C4也是软开关中LC谐 振的容性元件；高频变压器15的高频变压器漏感Li,是软开关中LC谐振的感性元件。
[0034] 如图2所示，光伏组件10与输入稳压电容11并联连接，随后与Boost电感12串 联连接，并联连接错位电路13和全桥电路14,最终与高频变压器15的一次侧串联连接。高 频变压器15的二次侧首先连接整流电路16,整流电路16的输出与输出电容17并联连接，