专利名称：双降压全桥并网逆变器的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种逆变器的控制方法，尤其涉及一种双降压全桥并网逆变器的控制方法。
背景技术：
随着化石能源的不断紧缺和环境污染的日益加剧，太阳能和燃料电池等可再生能源由于具有清洁安全、无污染、可再生等特点在分布式发电系统中越来越受到人们的关注。 但太阳能电池和燃料电池等的输出为直流电，而电网电压为交流电，因此，并网逆变器成为分布式发电系统中的重要组成部分。为了保证电网的正常运行，要求并网逆变器具有高的可靠性。而传统桥式并网逆变器存在桥臂直通问题，因此，为了保证桥臂功率开关管不直通，同一桥臂的功率开关管必须设置死区时间，从而降低了进网电流的波形质量。双降压全桥并网逆变器由于不存在传统桥式逆变器的桥臂功率开关管直通问题，提高了系统的可靠性。但该并网逆变器采用双极性调制，与单极性相比增加了滤波器的体积和重量。而传统的单极性调制方法存在过零点畸变问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的缺陷提出一种双降压全桥并网逆变器的控制方法。本发明一种双降压全桥并网逆变器的控制方法，所述双降压全桥并网逆变器包括电网、电源、第一滤波电感、第一功率开关管、第一续流二极管、第二滤波电感、第二功率开关管、第二续流二极管、第三滤波电感、第三功率开关管、第三续流二极管、第四滤波电感、 第四功率开关管和第四续流二极管，其中电源的正极分别与第一功率开关管的漏极、第二续流二极管的阴极、第三功率开关管的漏极和第四续流二极管的阴极连接，第一功率开关管的源极分别与第一续流二极管的阴极和第一滤波电感的输入端连接，第一滤波电感的输出端分别与电网的正极和第二滤波电感的输出端连接，第二滤波电感的输入端分别与第二续流二极管的阳极和第二功率开关管的漏极连接，第二功率开关管的源极分别与电源的负极、第四功率开关管的源极、第一续流二极管的阳极和第三续流二极管的阳极连接，第三续流二极管的阴极分别与第三滤波电感的输入端和第三功率开关管的源极连接，第四功率开关管的漏极分别与第四滤波电感的输入端和第四续流二极管的阳极连接，第三滤波电感的输出端分别与电网的负极和第四滤波电感的输出端连接接地；采用电流传感器采样进网电流输出进网电流反馈信号；采用电压采样电路采样电网电压输出电网电压反馈信号；将所述电网电压反馈信号通过锁相环输出与电网电压同频同相的进网电流给定；将所述电网电压反馈信号通过第一比较器输出工频开关逻辑信号；将所述工频开关逻辑信号通过第一非门输出工频开关逻辑的非信号；将所述进网电流给定与进网电流反馈信号相减后通过进网电流调节器输出电压给定1 ；将所述电压给定1与三角载波信号通过第二比较器输出逻辑控制信号PWMl ；将所述电压给定1通过反相器输出电压给定2后与三角载波信号通过第三
3比较器输出逻辑控制信号PWM2 ；将所述逻辑控制信号PWMl与工频开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管的开关逻辑信号，所述第一功率开关管的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管；将所述逻辑控制信号PWMl通过第二非门后与工频开关逻辑的非信号通过第二与门输出第二功率开关管的开关逻辑信号，所述第二功率开关管的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管；将所述逻辑控制信号PWM2与工频开关逻辑的非信号通过第三与门输出第三功率开关管的开关逻辑信号，所述第三功率开关管的开关逻辑信号通过第三驱动电路驱动第三功率开关管；将所述逻辑控制信号PWM2通过第三非门后与工频开关逻辑信号通过第四与门输出第四功率开关管的开关逻辑信号，所述第四功率开关管的开关逻辑信号通过第四驱动电路驱动第四功率开关管。本发明只需1个电流传感器，减小了成本；与单极性调制相比，采用单极性倍频调制，可进一步减小滤波器的体积和重量，且不存在传统单极性调制进网电流过零点畸变问题；与传统全桥逆变器相比，每半个工频周期只有2个功率开关管高频开关，提高了变换效率。
图1 本发明控制系统框图； 图2:本发明的主要波形示意图3 本发明处于开关模态1时的工作原理图； 图4 本发明处于开关模态2时的工作原理图； 图5 本发明处于开关模态3时的工作原理图； 图6 本发明处于开关模态4时的工作原理图； 图7 本发明处于开关模态5时的工作原理图； 图8 本发明处于开关模态6时的工作原理图； 图9 本发明与现有技术的进网电流对比仿真波形图； 图10 本发明与现有技术的滤波器前正半周电压对比仿真波形图。
具体实施例方式
如图1所示。一种双降压全桥并网逆变器的控制方法，包括电网、电源^^、第一滤波电感乙、第一功率开关管S1、第一续流二极管D1、第二滤波电感、、第二功率开关管&、第二续流二极管D2、第三滤波电感、、第三功率开关管&、第三续流二极管D3、第四滤波电感 、、第四功率开关管、和第四续流二极管D4，其中电源&的正极分别与第一功率开关管S1 的漏极、第二续流二极管A的阴极、第三功率开关管&的漏极和第四续流二极管D4的阴极连接，第一功率开关管S1的源极分别与第一续流二极管D1的阴极和第一滤波电感乙的输入端连接，第一滤波电感乙的输出端分别与电网^^的正极和第二滤波电感、的输出端连接，第二滤波电感、的输入端分别与第二续流二极管&的阳极和第二功率开关管&的漏极连接，第二功率开关管&的源极分别与电源Uin的负极、第四功率开关管\的源极、第一续流二极管D1的阳极和第三续流二极管D3的阳极连接，第三续流二极管D3的阴极分别与第三滤波电感、的输入端和第三功率开关管&的源极连接，第四功率开关管、的漏极分别与第四滤波电感、的输入端和第四续流二极管D4的阳极连接，第三滤波电感Z3的输出端分别与电网Ugrid的负极和第四滤波电感、的输出端连接接地；控制方法如下采用电流传感器采样进网电流矣输出进网电流反馈信号igf ；采用电压采样电路采样电网电压Ugrid输出电网电压反馈信号Iigridf ；将所述电网电压反馈信号Ugridf 通过锁相环PLL输出与电网电压Ugrid同频同相的进网电流给定iref ；将所述电网电压反馈信号"通过第一比较器输出工频开关逻辑信号；将所述工频开关逻辑信号通过第一非门输出工频开关逻辑的非信号；将所述进网电流给定与进网电流反馈信号相减后通过进网电流调节器输出电压给定；将所述电压给定与三角载波信号Uc通过第二比较器输出逻辑控制信号PWMl ；将所述电压给定通过反相器输出电压给定tIurefl后与三角载波信号Uc通过第三比较器输出逻辑控制信号PWM2 ；将所述逻辑控制信号PWMl与工频开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管S1的开关逻辑信号，所述第一功率开关管S1的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管S1 ；将所述逻辑控制信号 PWMl通过第二非门后与工频开关逻辑的非信号通过第二与门输出第二功率开关管&的开关逻辑信号，所述第二功率开关管&的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管& ；将所述逻辑控制信号PWM2与工频开关逻辑的非信号通过第三与门输出第三功率开关管&的开关逻辑信号，所述第三功率开关管&的开关逻辑信号通过第三驱动电路驱动第三功率开关管& ；将所述逻辑控制信号PWM2通过第三非门后与工频开关逻辑信号通过第四与门输出第四功率开关管、的开关逻辑信号，所述第四功率开关管、的开关逻辑信号通过第四驱动电路驱动第四功率开关管、。图2为本发明双降压全桥并网逆变器的主要波形示意图。当", .)0时，第二功率开关管&和第三功率开关管&关断，第一功率开关管S1和第四功率开关管、为错开180 高频调制，逆变器有3个工作模态即开关模态1、开关模态2和开关模态3 ；当时，第一功率开关管S1和第四功率开关管\关断，第二功率开关管&和第三功率开关管&为错开180高频调制，逆变器有3个工作模态即开关模态4、开关模态5和开关模态6。如图3所示，开关模态1
第二功率开关管&和第三功率开关管&关断，第一功率开关管S1和第四功率开关管 S4导通，电源Uin的输出电流由电源Uin的正极依次通过第一功率开关管S1,第一滤波电感 L1,电网第四滤波电感Z4，第四功率开关管、回到电源&的负极，进网电流i,正向增加，A、D两点之间电压U他为+Uin0如图4所示，开关模态2
第二功率开关管&、第三功率开关管&和第四功率开关管、关断，第一功率开关管S1 导通，电流由电源的正极依次通过第一功率开关管S1,第一滤波电感Z1,电网^rirf，第四滤波电感、，第四续流二极管D4回到电源正极，进网电流矣正向减小，^11为0。如图5所示，开关模态3:
第一功率开关管S1、第二功率开关管&和第三功率开关管&关断，第四功率开关管、 导通，电流由电源Uin的负极依次通过第一续流二极管D1,第一滤波电感Z1,电网^rirf，第四滤波电感、，第四功率开关管、回到电源负极，进网电流&正向减小，^11为0。如图6所示，开关模态4:
第一功率开关管S1和第四功率开关管、关断，第二功率开关管&和第三功率开关管 S3导通，电源Uin的输出电流由电源Uin的正极依次通过第三功率开关管S3,第三滤波电感 L,,电网Ugrid,第二滤波电感、，第二功率开关管&回到电源Uin的负极，进网电流ig负向增
5大，B、C两点之间电压Um为-Uin0如图7所示，开关模态5:
第一功率开关管S1、第三功率开关管&和第四功率开关管、关断，第二功率开关管& 导通，电流由电源Uin的负极依次通过第三续流二极管D3,第三滤波电感、，电网Ugrid，第二滤波电感、，第二功率开关管&回到电源Uin的负极，进网电流&负向减小，Um为0。如图8所示，开关模态6:
第一功率开关管S1、第二功率开关管&和第四功率开关管、关断，第三功率开关管& 导通，电流由电源的正极依次通过第三功率开关管&，第三滤波电感、，电网Ugrid，第二滤波电感、，第二续流二极管D2回到电源Uin的正极，进网电流ig负向减小，&为0。对本发明和现有技术进行仿真对比研究，如图9和图10所示。其中，‘一-和。 分别是本发明，双极性和传统单极性控制下的进网电流；"AD1、"AD2和u·分别是本发明，双极性和传统单极性控制下的滤波器前正半周电压。具体仿真参数如下
1)电源 :360V；
2)滤波电感Z广Ζ4:550μΗ ；
3)电网Ugrid :220V/50Hz ；
4)输出功率IkW;
5)三角载波信号Uc的频率50kHz。由图9可知，本发明进网电流波形质量最好，传统单极性调制控制方法进网电流存在严重的过零点畸变，大大减低了进网电流波形质量。本发明、双极性和传统单极性控制下的进网电流总谐波含量分别为5. 854%、14. 0 和22. 53%。因此，在相同滤波器参数的情况下，与现有技术相比，本发明进网电流谐波含量最低，大大提高了进网电流波形质量。由图10可知，本发明在相同的开关频率下滤波器前正半周电压的频率为现有技术的2倍。同里，滤波器前负半周电压也具有类似的结论。综述所述，与现有技术相比，在保持相同进网电流波形质量的情况下，具有以下优占.
^ \\\ ·
1)与普通单极性并网逆变器相比，不存在传统单极性调制进网电流过零点畸变问题， 滤波器前的频率为开关频率的2倍，减小了滤波器体积和重量；
2)与传统双极性双降压全桥并网逆变器相比，在开关频率相同的情况下，大大减小了滤波器体积和重量。
权利要求
1. 一种双降压全桥并网逆变器的控制方法，所述双降压全桥并网逆变器包括电网 (", .》、电源(《.Λ)、第一滤波电感(A)、第一功率开关管(Si)、第一续流二极管(D》、第二滤波电感(、)、第二功率开关管(S2)、第二续流二极管(D2)、第三滤波电感(Z3)、第三功率开关管(S3)、第三续流二极管(D3)、第四滤波电感(Z4)、第四功率开关管( )和第四续流二极管 (D4),其中电源(1)的正极分别与第一功率开关管(S1)的漏极、第二续流二极管(D2)的阴极、第三功率开关管(S3)的漏极和第四续流二极管(D4)的阴极连接，第一功率开关管(S1) 的源极分别与第一续流二极管(D1)的阴极和第一滤波电感(Z1)的输入端连接，第一滤波电感(Z1)的输出端分别与电网的正极和第二滤波电感(Z2)的输出端连接，第二滤波电感(、)的输入端分别与第二续流二极管(D2)的阳极和第二功率开关管(S2)的漏极连接，第二功率开关管(S2)的源极分别与电源的负极、第四功率开关管(S4)的源极、第一续流二极管(D1)的阳极和第三续流二极管(D3)的阳极连接，第三续流二极管(D3)的阴极分别与第三滤波电感(Z3)的输入端和第三功率开关管(S3)的源极连接，第四功率开关管(S4)的漏极分别与第四滤波电感(Z4)的输入端和第四续流二极管(D4)的阳极连接，第三滤波电感 α3)的输出端分别与电网的负极和第四滤波电感(Z4)的输出端连接接地；其特征在于采用电流传感器采样进网电流(i,)输出进网电流反馈信号(U ；采用电压采样电路采样电网电压(Mgri；)输出电网电压反馈信号(Mgricw)；将所述电网电压反馈信号 (Mgridf)通过锁相环(PLL)输出与电网电压同频同相的进网电流给定(ire/)；将所述电网电压反馈信号通过第一比较器输出工频开关逻辑信号；将所述工频开关逻辑信号通过第一非门输出工频开关逻辑的非信号；将所述进网电流给定与进网电流反馈信号(U相减后通过进网电流调节器输出电压给定1将所述电压给定1 (Mrefl)与三角载波信号(义)通过第二比较器输出逻辑控制信号PWMl ；将所述电压给定1 (Uren)通过反相器输出电压给定2 Curei2)后与三角载波信号(Mc)通过第三比较器输出逻辑控制信号PWM2 ；将所述逻辑控制信号PWMl与工频开关逻辑信号通过第一与门输出第一功率开关管(S1)的开关逻辑信号，所述第一功率开关管(S1)的开关逻辑信号通过第一驱动电路驱动第一功率开关管(S1);将所述逻辑控制信号PWMl通过第二非门后与工频开关逻辑的非信号通过第二与门输出第二功率开关管(S2)的开关逻辑信号，所述第二功率开关管(S2)的开关逻辑信号通过第二驱动电路驱动第二功率开关管(S2);将所述逻辑控制信号PWM2与工频开关逻辑的非信号通过第三与门输出第三功率开关管(S3)的开关逻辑信号，所述第三功率开关管(S3)的开关逻辑信号通过第三驱动电路驱动第三功率开关管(S3)；将所述逻辑控制信号PWM2通过第三非门后与工频开关逻辑信号通过第四与门输出第四功率开关管(S4)的开关逻辑信号，所述第四功率开关管(S4)的开关逻辑信号通过第四驱动电路驱动第四功率开关管(、)。
全文摘要
本发明公布了一种双降压全桥并网逆变器的控制方法，属逆变器控制方法。本发明采用电流传感器采样并网逆变器进网电流，采用电压传感器采样电网电压通过锁相环输出与电网电压同频同相的进网电流给定。进网电流环接收所述进网电流给定和进网电流反馈信号，输出电压给定1。PWM产生电路接受所述电压给定1，输出逻辑控制信号PWM1和PWM2。功率开关管驱动逻辑电路接收所述逻辑控制信号PWM1和PWM2以及电网电压反馈信号，输出各个功率开关管的高低电平驱动信号。本发明采实现了单极性倍频控制，减小了滤波器的体积和重量，不存在传统单极性调制进网电流过零点畸变问题；每半个工频周期只有2个功率开关管高频开关，提高了变换效率。
文档编号H02M7/5387GK102223101SQ20111016707
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者姚志垒, 胡国文, 薛迎成, 顾春雷 申请人:盐城工学院