专利名称：消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置及 方法，属于电能变换领域。
背景技术：
当今社会，能源问题日益突出，以可再生能源发电为代表的分布式并网发电的形 式成为解决这一问题的有效手段。为避免分布式发电源并入公共电网后对公共电网造成谐 波和无功污染，要求发电系统中并网逆变器具有优良的控制性能。由此，并网逆变器控制性 能的提高受到广泛重视。为获得清洁高效的并网性能，需要对并网电流的相位和波形同时 进行精确控制。而在户用领域，通常采用单相结构，其电流的交流特性使实现优良的波形控 制具有较大难度，传统的比例积分控制方案无法满足控制要求。在用于单相并网电流的几种控制策略中，电流滞环控制具有电流响应快、跟踪精 度高、无瞬态电流过冲等优点，得到了广泛应用。而从获得开关信号的调制方式上又分为 双极性调制和单极性调制两种，单极性调制由于有一个桥臂的开关频率与电网频率相同， 因此可大幅减小开关损耗，另外，在相同环宽和滤波参数的前提下，其高频臂的平均开关频 率也要小于双极性调制的情况，可进一步降低开关损耗。但是在实际应用系统中出现了过 零点畸变的情况。尤其是在可再生能源发电系统中，由于发电源的发电功率波动范围较大 (在1 5左右)，滤波电感的选值应充分考虑在较宽输出功率范围内均能满足谐波和动态 响应指标，因此电感值均选取的比较大，在这种系统中，在输出功率较大时电流畸变现象变 得愈加明显。这一问题增加了输出电流的低频谐波和系统噪声，造成系统性能下降，但目前 尚未有实用化的解决方案。
发明内容
本发明目的是为了解决现有单极性控制单相并网逆变器存在并网电流过零点畸 变的问题，提供了一种消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置及方 法。本发明所述的一种消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装 置单相并网逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和电感，第一桥臂和第二桥臂由直流源 供电，第一桥臂和第二桥臂并联在直流供电电源的输出端，第一桥臂的直流输出端通过电 感连接在电网的一端，第二桥臂的直流输出端与电网的另一端相连，所述消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置包括并网电流 采样模块、电网电压采样模块、同步信号产生模块、角频率计算模块、相位角及正弦值计算 模块、给定电流瞬时值计算模块、电流控制模块、相位差计算模块和开关信号生成模块，并网电流采样模块采集流经电感的并网电流，并网电流采样模块的输出端与电流控制模块的第一输入端相连；电网电压采样模块采集电网电压信号，电网电压采样模块的第一输出端与相位差 计算模块的电网电压信号输入端相连；电网电压采样模块的第二输出端与同步信号产生模块的输入端相连，同步信号产 生模块的同步信号输出端与角频率计算模块的输入端相连，角频率计算模块的角频率信号 输出端与相位角及正弦值计算模块的输入端相连，角频率计算模块的角频率信号输出端还 与相位差计算模块的角频率信号输入端相连，相位角及正弦值计算模块的相位角的正弦值输出端与给定电流瞬时值计算模块 的信号输入端相连，给定电流瞬时值计算模块和相位差计算模块同时接收给定并网电流的 幅值ΙΛ给定电流瞬时值计算模块的给定电流信号输出端与电流控制模块的第二输入端， 电流控制模块的输出端与第二桥臂的控制端相连；相位角及正弦值计算模块的相位角的正弦值输出端还与相位差计算模块的相位 角正弦信号输入端相连，相位角及正弦值计算模块的相位角的正弦值输出端还与开关信号生成模块的相 位角正弦信号输入端相连，相位差计算模块的输出端与开关信号生成模块的相位差信号输入端相连，开关信 号生成模块的输出端与第一桥臂的控制端相连。基于上述消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置的方法包 括以下步骤步骤一、并网电流采样模块采集并网电流的瞬时值ig，电网电压采样模块采集电 网电压的瞬时值e，并设置输入信号给定并网电流的幅值InT ；步骤二、由电网电压的瞬时值e获取电网电压的角频率ω、电网电压当前相位角 及相位角的正弦值，根据给定并网电流的幅值I1；和电网电压当前相位角的正弦值获取给 定并网电流的瞬时值i/，所述给定并网电流的瞬时值i/与步骤一采集的并网电流的瞬时 值、一起输入到电流控制模块中，生成两路开关信号，作为第二桥臂的上下两个开关管的 控制信号，以实现并网电流的闭环控制；步骤三、将给定并网电流的幅值ΙΛ电网电压的角频率ω、电网电压当前相位角 的正弦值和电网电压的瞬时值e共同输入到相位差计算模块中，获取相位差；步骤四、将电网电压当前相位角的正弦值和步骤三获取的相位差共同输入到开关 信号生成模块，生成两路开关信号，作为第一桥臂的上下两个开关管的控制信号，以实现并 网电流的闭环控制，消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变。本发明的优点本发明通过对并网逆变器中全桥逆变器的方向臂的控制信号进行 相位补偿，使并网电流在发生畸变时改变电流流通路径，进而消除了传统控制方法中存在 的并网电流在过零点附近产生的波形畸变问题。本发明只需额外计算超前相位补偿角，具 有算法相对简单、易于数字化实现的优点。
图1是现有方案的控制原理图；图2是单极性电流滞环控制方法的示意图3是由正变负经过过零点附近逆变器工作波形图；图4是由负变正经过过零点附近逆变器工作波形图；图5是现有方案的逆变器工作仿真波形图；图6是本发明控制方法的控制结构示意图；图7是由正变负经过过零点附近畸变电流以及与开关信号的对应关系波形图；图8是由负变正经过过零点附近畸变电流以及与开关信号的对应关系波形图；图9是由正变负经过过零点附近逆变器工作仿真波形图；图10是由负变正经过过零点附近逆变器工作仿真波形图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图10说明本实施方式，首先通过并网逆变器单 极性电流滞环控制方法来分析一下其产生过零点畸变的原因(一 )并网逆变器单极性电流滞环控制方法原理单相电压型并网逆变器的原理结构图如图1所示，采用全桥结构。单极性电流滞 环控制的示意图如图2所示，其基本思想是，V1, V2作为方向臂，二者的驱动信号逻辑相反， 根据电网电压的极性获得，与电网电压频率相同；义、V2作为调制臂，二者的驱动信号逻辑 相反，其驱动信号的形成原理为，设置一个小的环宽Δ i，采集并网电流的瞬时值ig，并与当 前的i^+Δ i相比较，若ig大于i/+Δ i，则结果为高电平；若ig小于Δ i，则结果为低电 平，若Δ ^ i；+ Δ i，则结果为保持原来的值，即有
权利要求
1.消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置，单相并网逆变器包括 第一桥臂(1)、第二桥臂(2)和电感(3)，第一桥臂(1)和第二桥臂O)由直流源供电，第一 桥臂(1)和第二桥臂(2)并联在直流供电电源的输出端，第一桥臂(1)的直流输出端通过 电感(3)连接在电网的一端，第二桥臂O)的直流输出端与电网的另一端相连，其特征在于，所述消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置包括并 网电流采样模块(4)、电网电压采样模块( 、同步信号产生模块(6)、角频率计算模块(7)、 相位角及正弦值计算模块(8)、给定电流瞬时值计算模块(9)、电流控制模块(10)、相位差 计算模块(11)和开关信号生成模块(12)，并网电流采样模块(4)采集流经电感(3)的并网电流，并网电流采样模块的输出 端与电流控制模块(10)的第一输入端相连；电网电压采样模块(5)采集电网电压信号，电网电压采样模块(5)的第一输出端与相 位差计算模块(11)的电网电压信号输入端相连；电网电压采样模块(5)的第二输出端与同步信号产生模块(6)的输入端相连，同步信 号产生模块(6)的同步信号输出端与角频率计算模块(7)的输入端相连，角频率计算模块 (7)的角频率信号输出端与相位角及正弦值计算模块(8)的输入端相连，角频率计算模块 (7)的角频率信号输出端还与相位差计算模块(11)的角频率信号输入端相连，相位角及正弦值计算模块(8)的相位角的正弦值输出端与给定电流瞬时值计算模块 (9)的信号输入端相连，给定电流瞬时值计算模块(9)和相位差计算模块(11)同时接收给 定并网电流的幅值ΙΛ给定电流瞬时值计算模块(9)的给定电流信号输出端与电流控制模 块(10)的第二输入端，电流控制模块(10)的输出端与第二桥臂O)的控制端相连；相位角及正弦值计算模块(8)的相位角的正弦值输出端还与相位差计算模块(11)的 相位角正弦信号输入端相连，相位角及正弦值计算模块(8)的相位角的正弦值输出端还与开关信号生成模块(12) 的相位角正弦信号输入端相连，相位差计算模块(11)的输出端与开关信号生成模块(1 的相位差信号输入端相连， 开关信号生成模块(1 的输出端与第一桥臂(1)的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装 置，其特征在于，第一桥臂(1)由第一开关管V1和第二开关管V2串联构成，第二桥臂O)由 第三开关管V3和第四开关管V4串联构成。
3.基于权利要求2所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装 置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、并网电流采样模块(4)采集并网电流的瞬时值ig，电网电压采样模块( 采集 电网电压的瞬时值e，并设置输入信号给定并网电流的幅值InT ；步骤二、由电网电压的瞬时值e获取电网电压的角频率ω、电网电压当前相位角及相 位角的正弦值，根据给定并网电流的幅值InT和电网电压当前相位角的正弦值获取给定并 网电流的瞬时值i/，所述给定并网电流的瞬时值i/与步骤一采集的并网电流的瞬时值ig 一起输入到电流控制模块(10)中，生成两路开关信号，作为第二桥臂O)的上下两个开关 管的控制信号，以实现并网电流的闭环控制；步骤三、将给定并网电流的幅值ΙΛ电网电压的角频率ω、电网电压当前相位角的正弦值和电网电压的瞬时值e共同输入到相位差计算模块(11)中，获取相位差；步骤四、将电网电压当前相位角的正弦值和步骤三获取的相位差共同输入到开关信号 生成模块(12)，生成两路开关信号，作为第一桥臂(1)的上下两个开关管的控制信号，以实 现并网电流的闭环控制，消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变。
4.根据权利要求3所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的方 法，其特征在于，步骤二中获取给定并网电流的瞬时值i/的过程为步骤21、电网电压采样模块(5)采集到的电网电压的瞬时值e通过同步信号产生模块 (6)获得电网电压的0度和180度两个相位；步骤22、通过角频率计算模块(7)计算步骤21中所述两个相位的时间差At ； 步骤23、利用如下公式获得电网电压的角频率ω ω = Ji / Δ t ；步骤Μ、通过相位角及正弦值计算模块(8)对步骤23获取的电网电压的角频率ω按 如下公式进行处理，以获得电网电压当前相位角炉φ = cot，以电网电压的0度为起始时间位置；步骤25、根据步骤M获得电网电压当前相位角获取电网电压当前相位角的正弦值 sin ω t ；步骤沈、给定电流瞬时值计算模块(9)接收给定并网电流的幅值Im*和步骤25获取的 电网电压当前相位角的正弦值sin ω t，按下述公式进行处理以获取给定并网电流的瞬时值 ig* = _(Im*Xsincot)。
5.根据权利要求3所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的方 法，其特征在于，步骤二中电流控制模块(10)生成两路开关信号的过程为步骤27、电流控制模块(10)接收给定并网电流的瞬时值i/和并网电流的瞬时值ig; 步骤观、将给定并网电流的瞬时值i/和并网电流的瞬时值ig相比较，比较结果作为电 流控制模块(10)生成的一路开关信号；ig< i/-Ai，比较结果为低电平，其中Ai为设置的环宽，ig> i/+Ai，比较结果为高电平，!/-Δι ^ ig*+Ai，则比较结果保持原来的值；步骤四、将给定并网电流的瞬时值i/和并网电流的瞬时值ig相比较的结果取反，作为 电流控制模块(10)生成的另一路开关信号。
6.根据权利要求3所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的方 法，其特征在于，步骤三中获取相位差的过程为步骤31、将给定并网电流的幅值I:、电网电压的角频率ω、电网电压当前相位角的正 弦值和电网电压的瞬时值e共同输入到相位差计算模块(11)中，按如下公式进行处理获取 电网电压的幅值
7.根据权利要求3所述的消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的方 法，其特征在于，步骤四中开关信号生成模块(12)生成两路开关信号的过程步骤41、在开关信号生成模块(12)中设置方波信号，以电网电压的0度为起始角， 其在[ΔζΜ80° + Δ洌区间为高电平，在[180° + Δ队360° + Δ洌区间为低电平，形成的该路 方波信号为开关信号生成模块(12)生成的一路开关信号；步骤42、在开关信号生成模块(1 中设置方波信号，以电网电压的0度为起始角，其在 [ΔζΜ80° + Δ洌区间为低电平，在[180° + Δ队360° + Δ洌区间为高电平，形成的该路方波信号 为开关信号生成模块(12)生成的另一路开关信号。
全文摘要
消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变的装置及方法，属于电能变换领域，本发明为解决现有单极性控制单相并网逆变器存在并网电流过零点畸变的问题。本发明控制方法为步骤一、采集并网电流的瞬时值ig、电网电压的瞬时值e，并设置输入信号给定并网电流的幅值Im*；步骤二、获取给定并网电流的瞬时值ig*，比较ig*和ig，生成两路开关信号，作为第二桥臂的控制信号；步骤三、获取相位差；步骤四、将电网电压当前相位角的正弦值和步骤三获取的相位差共同输入到开关信号生成模块，生成两路开关信号，作为第一桥臂的控制信号，以实现并网电流的闭环控制，消除单极性控制单相并网逆变器并网电流过零点畸变。
文档编号H02M7/5387GK102074974SQ20111002272
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者吴凤江, 彭浩荣, 骆素华 申请人:哈尔滨工业大学