一种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法，属于光伏发电【技术领域】。本发明中当光伏电池组输出电压比电网交流输出电压大时，斩波开关管SWc不导通，电流通过旁路二极管Db流向后级全桥逆变单元，全桥逆变单元工作在SPWM调制模式；当光伏电池组小于等于电网交流输出电压时，斩波开关管SWc工作在高频PWM模式，全桥逆变单元工频工作。本发明任意时刻仅有一级变换器单元高频工作，有利于整机效率的提高；由于不使用大容量电解直流电容器组，可以实现尺寸小、重量轻且低成本的太阳能光伏发电系统。
【专利说明】-种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏发电【技术领域】，更具体地说，涉及一种光伏并网逆变电路、开关控 制电路及控制方法。
【背景技术】
[0002] 从环保的观点来看，小规模分布式太阳能光伏发电系统在住宅用电上的应用越来 越受欢迎。对于太阳能光伏发电系统来说，非隔离单相正弦波逆变器拓扑结构在成本、尺寸 和效率方面都有优点，这使得非隔离光伏并网结构具有很好的发展前景。非隔离正弦波逆 变器主电路主要包括两个工作部分：一是用于提升来自光伏组件阵列低电压的升压部分； 二是用于交流连接到电网或者直接带负载的高频PWM调制的逆变部分。
[0003] 传统的两级式并网逆变器的前级一般采用Boost升压单元来提升输入电压，后级 逆变器直接变换成交流电。前级升压单元一直处于高频PWM调制状态，后级逆变单元则以 SPWM(正弦脉宽调制）方式高频调制，所以前级升压部分和后级逆变部分同时工作在高频 状态，开关管的开关损耗很大，不利于整机效率的提高。除此之外，为了保持升压后的电压 为恒值，连接在直流总线中的电解电容器组需要足够高的电容。因此电解电容器组尺寸大， 且具有更高频率的纹波电流，由于等效串联电阻的存在，会造成功率损耗，而且电解直流电 容器组笨重，对温度要求高，寿命短。
[0004] 经检索，中国专利申请号201110353854. 4,申请日为2011年11月10日，发明 创造名称为：光伏并网逆变器变直流母线电压控制方法和控制系统，该申请案的光伏逆 变器增加了一个旁路二极管与Boost电路并联，并在光伏电池输出侧并联了一个大电容。 该申请案的电压控制方法包括以下步骤：采集电网电压Vac和输入直流电压Vpv;判断 Vpv彡1. 6Vac是否成立；如判断为是，关闭Boost电路；如判断为否，开通Boost电路；对输 入直流电压Vpv进行逆变。该申请案通过实时调整母线电压，以减少Boost电路的工作时 间，降低电磁干扰，在一定程度上提高了系统效率。但该申请案光伏逆变器的Boost电路部 分包括两个大电容，上文分析的因使用大电容引入的光伏逆变器体积大、笨重，易产生高频 率纹波电流以及功率损耗大等问题非但未得到缓解反而更加严重，光伏逆变器制造成本高 且稳定性不好；此外，该申请案的逆变部分仍一直工作在高频状态，开关损耗大，整机效率 低。
【发明内容】
[0005] 1.发明要解决的技术问题
[0006] 本发明的目的在于解决传统光伏逆变器存在的：1)开关损耗大、整机效率低；2) 由于使用大容量电解电容器组导致光伏逆变器体积大、笨重，功率损耗大等问题；提供了一 种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法。使用本发明提供的技术方案，根据输入 电压和电网电压的大小关系来确定两级变换器单元的工作模式，可以使得任意时刻仅有一 级变换器单元高频工作，有利于整机效率的提高；另外，由于不使用大容量电解直流电容器 组，可以实现尺寸小、重量轻且低成本的太阳能光伏发电系统。
[0007] 2.技术方案
[0008] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0009] 本发明的一种光伏并网逆变电路，包括直流升压单元、全桥逆变单元、滤波单元、 光伏电池组和电网，其中：
[0010] 所述的全桥逆变单元与直流升压单元连接，该全桥逆变单元为由全桥逆变开关管 SWi、sw2、sw3、sw4组成的逆变桥；
[0011] 所述的滤波单元包括滤波电感Lf和滤波电容Cf，滤波电感L f的第一端与所述全桥 逆变开关管SWi、SW2组成桥臂的中间点连接，该滤波电感Lf的第二端分别与滤波电容C f的 第一端、电网的一端连接，电网的另一端与滤波电容(^的第二端连接；滤波电容(^的第二端 还与全桥逆变开关管sw 3、sw4组成桥臂的中间点连接；
[0012] 所述的直流升压单元包括旁路二极管Db、升压电感Lb、二极管Dc、斩波开关管SWc 和中间电容Cc，光伏电池组的正极分别与旁路二极管Db的正极、升压电感Lb的第一端连接， 旁路二极管D b的负极分别与二极管D。的负极、中间电容Cc的第一端连接，升压电感Lb的 第二端分别与二极管Dc的正极、斩波开关管SWc的集电极连接；所述的光伏电池组的负极 分别与斩波开关管SWc的发射极、中间电容Cc的第二端连接。
[0013] 更进一步地，所述的中间电容Cc为小容量薄膜电容。
[0014] 本发明的一种光伏并网逆变电路的开关控制电路，包括斩波开关管SWc控制电路 和全桥逆变开关管SWi、sw 2、sw3、sw4控制电路，其中：
[0015] 所述的斩波开关管SWc控制电路中正弦波发生器I的信号输出端经全波整流器 I分别与比较器I的同相输入端、DSP微处理器的输入端连接，信号采集器的信号输出端分 别与比较器I的反相输入端、DSP微处理器的输入端连接，比较器I、DSP微处理器的信号 输出端分别与乘法器I的输入端相连，乘法器I的输出信号作为SWc的驱动信号；
[0016] 所述的全桥逆变开关管SWi、SW2、SW3、SW 4控制电路中正弦波发生器II的信号输出 端经全波整流器II与比较器II的同相输入端连接，三角波发生器的信号输出端与比较器II 的反相输入端连接；正弦波发生器III的信号输出端与比较器III的同相输入端连接，比较器 III的反相输入端与零电压连接；正弦波发生器IV的信号输出端与比较器IV的反相输入端连 接，比较器IV的同相输入端与零电压连接；比较器II、比较器III的信号输出端与乘法器II的 输入端相连，乘法器II的输出信号作为SWi的驱动信号，乘法器II接反相器I的输出信号作 为sw 2的驱动信号；比较器II、比较器IV的信号输出端与乘法器III的输入端相连，乘法器III 的输出信号作为sw3的驱动信号，乘法器III接反相器II的输出信号作为sw4的驱动信号。
[0017] 本发明的一种光伏并网逆变电路的控制方法，其步骤为：
[0018] 步骤一、判断光伏电池组输出电压Vin是否大于电网交流输出电压绝对值|V wt| ;
[0019] 步骤二、由步骤一的判断结果控制斩波开关管SWc的通断，若vin> |ν_|，则控制 SWc关断；若Vin彡I I，则控制SWc工作在高频PWM状态；
[0020] 步骤三、根据SWc的通断控制全桥逆变开关管SWp sw2、sw3、sw4的通断，若swc关 断，则控制工作在SPWM调制模式，若SW。工作在高频PWM状态，则控制SWi、 sw2、sw3、sw4以工频调制方式工作。
[0021] 更进一步地，步骤二控制斩波开关管SWc通断的具体过程为：正弦波发生器I产 生标准交流正弦波，经全波整流器I整流后输入比较器I的同相输入端以及DSP微处理器 的输入端，信号米集器米集光伏电池组的输出电压Vin输入比较器I的反相输入端以及DSP 微处理器的输入端，经比较器I比较得到的脉冲序列以及经DSP微处理器处理的信号通过 乘法器I相乘，乘法器I输出的脉冲序列控制SW。的通断。
[0022] 更进一步地，步骤三控制全桥逆变开关管SWp SW2、SW3、SW4通断的具体过程为：正 弦波发生器II产生标准交流正弦波，经全波整流器II整流后输入比较器II的同相输入端， 三角波发生器产生幅值为v in的三角波输入比较器II的反相输入端；正弦波发生器III产生 标准交流正弦波输入比较器III的同相输入端，与零电压经比较器III比较；正弦波发生器IV 也产生标准交流正弦波输入比较器IV的反相输入端，与零电压经比较器IV比较；比较器II、 比较器III的输出信号通过乘法器II相乘，乘法器II的输出信号控制SWi的通断，乘法器II接 反相器I的输出信号控制sw 2的通断；比较器II、比较器IV的输出信号通过乘法器III相乘， 乘法器III的输出信号控制SW3的通断，乘法器III接反相器II的输出信号控制sw 4的通断。
[0023] 更进一步地，所述的DSP微处理器的输出信号为脉冲调节占空比
【权利要求】
1. 一种光伏并网逆变电路，包括直流升压单元（I)、全桥逆变单元（2)、滤波单元（3)、 光伏电池组（4)和电网（5)，其中： 所述的全桥逆变单元（2)与直流升压单元（1)连接，该全桥逆变单元（2)为由全桥逆 变开关管SWpSW2、SW3、SW4组成的逆变桥； 所述的滤波单元（3)包括滤波电感Lf和滤波电容Cf，滤波电感Lf的第一端与所述全桥 逆变开关管SW1、SW2组成桥臂的中间点连接，该滤波电感Lf的第二端分别与滤波电容Cf的 第一端、电网（5)的一端连接，电网（5)的另一端与滤波电容Cf的第二端连接；滤波电容Cf 的第二端还与全桥逆变开关管SW3、SW4组成桥臂的中间点连接；其特征在于： 所述的直流升压单元（1)包括旁路二极管Db、升压电感Lb、二极管Dc、斩波开关管SWc和中间电容Cc，光伏电池组（4)的正极分别与旁路二极管Db的正极、升压电感Lb的第一端 连接，旁路二极管Db的负极分别与二极管D。的负极、中间电容Cc的第一端连接，升压电感 Lb的第二端分别与二极管Dc的正极、斩波开关管SWc的集电极连接；所述的光伏电池组（4) 的负极分别与斩波开关管SWc的发射极、中间电容Cc的第二端连接。
2. 根据权利要求1所述的一种光伏并网逆变电路，其特征在于：所述的中间电容Cc为 小容量薄膜电容。
3. -种光伏并网逆变电路的开关控制电路，其特征在于：包括斩波开关管SWc控制电 路和全桥逆变开关管SWpSW2、SW3、SW4控制电路，其中： 所述的斩波开关管SWc控制电路中正弦波发生器I的信号输出端经全波整流器I分 别与比较器I的同相输入端、DSP微处理器的输入端连接，信号采集器的信号输出端分别与 比较器I的反相输入端、DSP微处理器的输入端连接，比较器I、DSP微处理器的信号输出 端分别与乘法器I的输入端相连，乘法器I的输出信号作为SWc的驱动信号； 所述的全桥逆变开关管SWpSW2、SW3、SW4控制电路中正弦波发生器II的信号输出端经 全波整流器II与比较器II的同相输入端连接，三角波发生器的信号输出端与比较器II的反 相输入端连接；正弦波发生器III的信号输出端与比较器III的同相输入端连接，比较器III的 反相输入端与零电压连接；正弦波发生器IV的信号输出端与比较器IV的反相输入端连接， 比较器IV的同相输入端与零电压连接；比较器II、比较器III的信号输出端与乘法器II的输 入端相连，乘法器II的输出信号作为SW1的驱动信号，乘法器II接反相器I的输出信号作为 SW2的驱动信号；比较器II、比较器IV的信号输出端与乘法器III的输入端相连，乘法器III的 输出信号作为SW3的驱动信号，乘法器III接反相器II的输出信号作为SW4的驱动信号。
4. 一种光伏并网逆变电路的控制方法，其步骤为： 步骤一、判断光伏电池组⑷输出电压Vin是否大于电网（5)交流输出电压绝对值 IvoutI； 步骤二、由步骤一的判断结果控制斩波开关管SWc的通断，若Vin >IvratI，则控制SWc关断；若Vin彡IVwtI，则控制SWc工作在高频PWM状态； 步骤三、根据SWc的通断控制全桥逆变开关管SWpSW2、SW3、SW4的通断，若SW。关断，则 控制SWpSW2、SW3、SW4工作在SPWM调制模式，若SW。工作在高频PWM状态，则控制SWpSW2、 SW3、SW4以工频调制方式工作。
5. 根据权利要求4所述的一种光伏并网逆变电路的控制方法，其特征在于：步骤二控 制斩波开关管SWc通断的具体过程为：正弦波发生器I产生标准交流正弦波，经全波整流 器I整流后输入比较器I的同相输入端以及DSP微处理器的输入端，信号采集器采集光伏 电池组（4)的输出电压Vin输入比较器I的反相输入端以及DSP微处理器的输入端，经比较 器I比较得到的脉冲序列以及经DSP微处理器处理的信号通过乘法器I相乘，乘法器I输 出的脉冲序列控制SW。的通断。
6. 根据权利要求5所述的一种光伏并网逆变电路的控制方法，其特征在于：步骤三控 制全桥逆变开关管SW1、SW2、SW3、SW4通断的具体过程为：正弦波发生器II产生标准交流正弦 波，经全波整流器II整流后输入比较器II的同相输入端，三角波发生器产生幅值为Vin的三 角波输入比较器II的反相输入端；正弦波发生器III产生标准交流正弦波输入比较器III的同 相输入端，与零电压经比较器III比较；正弦波发生器IV也产生标准交流正弦波输入比较器 IV的反相输入端，与零电压经比较器IV比较；比较器II、比较器III的输出信号通过乘法器II 相乘，乘法器II的输出信号控制SW1的通断，乘法器II接反相器I的输出信号控制SW2的通 断；比较器II、比较器IV的输出信号通过乘法器III相乘，乘法器III的输出信号控制SW3的通 断，乘法器III接反相器II的输出信号控制SW4的通断。
7. 根据权利要求5或6所述的一种光伏并网逆变电路的控制方法，其特征在于：所述 的DSP微处理器的输出信号为脉冲调节占空比β= 1-·^厂。 ^ outI^in
【文档编号】H02J3/38GK104270022SQ201410523189
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】陈乐柱, 穆瑜, 杜荣权 申请人:马鞍山市安工大工业技术研究院有限公司