单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法。该装置包括Boost和逆变电路组成的两级式主功率电路、辅助供电电路、驱动电路、信号调理电路、数字处理控制模块、显示单元；该方法通过检测太阳能电池组件的输出电压和电流、直流母线电压、DC/AC逆变电路的输出电压和电流，并输出给前级控制单元和后级控制单元，经低频脉动抑制单元对前级控制单元的输出控制信号进行调整，得到输出前级Boost电路当前的占空比D，经后级控制单元得到逆变电路当前的占空比D。本发明可以在不影响系统正常工作的情况下，降低甚至消除输入电流的低频脉动，提高了MPPT跟踪精度，减小了EMI和光伏电池的发热，具有重要的实用价值。
【专利说明】单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电能变换装置中的控制【技术领域】，特别是一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法。
【背景技术】
[0002]太阳能光伏电池组件通过逆变器将直流电转变成交流电，并最终实现并网运行。光伏并网逆变器有两个基本功能:一是将太阳能电池的输出转换为交流电连接到电网，二是实现太阳能电池的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。并网逆变器直接影响到整个太阳能光伏发电系统的发电量及运行稳定性、高效性、安全性，是整个系统的关键设备。在中低功率场合，一般采用两级式单相并网逆变器，其输入功率相对平直，而输出功率是脉动的，该功率脉动频率较低，是输出电压频率的两倍，需要储能电容来平衡瞬时输入功率和输出功率，储能电容电压即直流母线电压以两倍工频频率脉动，而两级式单相并网逆变器中，其前级升压(Boost)变换器的MPPT控制和后级逆变器的控制(包含直流母线电压平均值控制和并网电流控制)是独立的，因此Boost变换器的输入电流即光伏电池输出电流也以两倍工频频率脉动，该脉动不仅降低了 MPPT跟踪精度，也会恶化电磁干扰(Electro Magnetic Interference, EMI)和光伏电池的发热,进而影响电池的寿命。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法，能够减小甚至消除输入侧的电流低频脉动，提高MPPT跟踪的精度，提高EMI性能，从而减少光伏电池组件的发热，延迟其寿命。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置，包括两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路、辅助供电电路、驱动电路、信号调理电路、数字处理控制模块和显示单元，其中数字处理控制模块包括前级控制单元、后级控制单元、采样电路和低频脉动抑制单元；
[0005]所述两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路包括顺次并联的输入太阳能电池组件、Boost升压电路、母线电容组Cb、DC/AC逆变电路和电网源vg ;其中主功率电路中太阳能电池组件的输出电压和电流、直流母线电压、DC/AC逆变电路的输出电压和电流均接入采样电路，采样电路的输出端分别接入前级控制单元和后级控制单元；前级控制单元与低频脉动抑制单元连接，低频脉动抑制单元和后级控制单元均接入信号调理电路；信号调理电路的输出端与驱动电路连接，驱动电路输出的控制信号分别接入主功率电路的Boost升压电路和DC/AC逆变电路；所述辅助供电电路的输出端分别接入驱动电路、信号调理电路、数字处理控制模块、显示单元中各芯片的电源输入端；所述显示单元与数字处理控制模块的输出端相连接。
[0006]一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1，在数字处理控制模块中创建前级控制单元、后级控制单元、采样电路和低频脉动抑制单元；
[0008]步骤2，采样电路采集两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路中太阳能电池组件的输出电压和电流、直流母线电压、DC/AC逆变电路的输出电压和电流，并分别输出给前级控制单元和后级控制单元；
[0009]步骤3，前级控制单元根据采样电路的反馈信号进行比较运算，实现前级的MPPT闭环控制，处理得出前级Boost升压电路的最大功率跟踪控制占空比Dmppt ；
[0010]步骤4，后级控制单元根据采样电路的反馈信号进行比较运算，实现后级的闭环控制，处理得出后级DC/AC逆变电路的占空比D2 ；
[0011]步骤5，低频脉动抑制单元对前级控制单元的输出控制信号进行调整以减小前级太阳能电池组件输出电流的脉动幅度，输出前级Boost变换器的占空比d ；
[0012]步骤6，信号调理电路将低频脉动抑制单元、后级控制单元的输出信号由数字量转换为模拟量，并调整为与驱动电路输入相匹配的电压值，驱动电路将输入信号进行功率放大以驱动Boost变换器和DC/AC变换器的开关管；
[0013]步骤7，数字处理控制模块将所得的系统的输入、输出值等参数送入显示单元实时显不O
[0014]与现有技术相比，本发明的显著优点为:(1)实时调整前级Boost电路的控制占空t匕，抑制了输入侧的电流低频脉动；(2)提高了 MPPT跟踪的精度，改善了 EMI性能；(3)减少光伏电池组件的发热，延迟其寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明两级式单相光伏并网逆变器中主功率电路的结构示意图。
[0016]图2是本发明两级式单相光伏并网逆变器开关周期中输出电流、母线电压及输入电流的工作波形，其中(a)是输入电流脉动抑制前输出电流电压、输入输出功率、母线电压及输入电流波形图，(b)是输入电流脉动抑制后的输入电流波形图。
[0017]图3是本发明单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置结构示意图。
[0018]其中:Λ Ipv-Boost变换器输入电流脉动的纹波值，Vpv-输入电压，ipv_输入电流，Cb-母线电容组，Vb-母线电压，Vg-电网源电压，ig-电网源电流。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及具体实施例对本发明作出进一步详细说明。
[0020]本发明设计一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置及方法。
[0021]1、传统的两级式光伏并网逆变器的理论推导:
[0022]结合图1~2，对传统的两级式光伏并网逆变器进行如下推导。
[0023]定义电网电压Vg (t)为
[0024]Vg (t) = VgSinot(1)
[0025]其中Vg是电网电压的幅值，ω是电网电压的角频率，t为时间。
[0026]当输出功率因数为I时，输入到电网的电流ig(t)可表示为
[0027]ig(t) = IgSin ω?(2)
[0028]其中Ig是输入到电网的电流的幅值。[0029]由式(I)和⑵可以推出输出到电网的瞬时功率pg(t)为:
【权利要求】
1.一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置，其特征在于，包括两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路(I)、辅助供电电路(8)、驱动电路(7)、信号调理电路(6)、数字处理控制模块和显示单元(9)，其中数字处理控制模块包括前级控制单元(4)、后级控制单元(3)、采样电路(2)和低频脉动抑制单元(5)； 所述两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路(I)包括顺次并联的输入太阳能电池组件、Boost升压电路、母线电容组Cb、DC/AC逆变电路和电网源vg ;其中主功率电路中太阳能电池组件的输出电压和电流、直流母线电压、DC/AC逆变电路的输出电压和电流均接入采样电路(2)，采样电路(2)的输出端分别接入前级控制单元(4)和后级控制单元(3);前级控制单元(4)与低频脉动抑制单元(5)连接，低频脉动抑制单元(5)和后级控制单元(3)均接入信号调理电路(6);信号调理电路(6)的输出端与驱动电路(7)连接，驱动电路(7)输出的控制信号分别接入主功率电路(I)的Boost升压电路和DC/AC逆变电路；所述辅助供电电路(8)的输出端分别接入驱动电路(7)、信号调理电路(6)、数字处理控制模块、显示单元(9)中各芯片的电源输入端；所述显示单元(9)与数字处理控制模块的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置，其特征在于，所述信号处理模块为DSP芯片TMS320F28335。
3.根据权利要求1所述的单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制装置，其特征在于，所述显示单元(9)为1602液晶显示屏。
4.一种单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，在数字处理控制模块中 创建前级控制单元(4)、后级控制单元(3)、采样电路(2)和低频脉动抑制单元(5)； 步骤2，采样电路(2)采集两级式单相光伏并网逆变器的主功率电路中太阳能电池组件的输出电压和电流、直流母线电压、DC/AC逆变电路的输出电压和电流，并分别输出给前级控制单元(4)和后级控制单元(3)； 步骤3，前级控制单元(4)根据采样电路的反馈信号进行比较运算，实现前级的MPPT闭环控制，处理得出前级Boost升压电路的最大功率跟踪控制占空比Dmppt ； 步骤4，后级控制单元(3)根据采样电路的反馈信号进行比较运算，实现后级的闭环控制，处理得出后级DC/AC逆变电路的占空比D2 ； 步骤5，低频脉动抑制单元(5)对前级控制单元(4)的输出控制信号进行调整以减小前级太阳能电池组件输出电流的脉动幅度，输出前级Boost变换器的占空比d ； 步骤6，信号调理电路(6)将低频脉动抑制单元(5)、后级控制单元(3)的输出信号由数字量转换为模拟量，并调整为与驱动电路(7)输入相匹配的电压值，驱动电路(7)将输入信号进行功率放大以驱动Boost变换器和DC/AC变换器的开关管； 步骤7，数字处理控制模块将所得的系统的输入、输出值等参数送入显示单元(9)实时显不O
5.根据权利要求4所述的单相光伏并网逆变器输入电流低频脉动的抑制方法，其特征在于，步骤5所述低频脉动抑制单元(5)对前级控制单元(4)的输出控制信号进行调整的具体公式如下:
d — DMPPT+dripple
【文档编号】H02M7/48GK103633866SQ201310626328
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】姚凯, 吕建国, 胡文斌, 陆晓玉, 印凌翔 申请人:南京理工大学