一种微型逆变器及其控制方法与流程

本发明涉及逆变器，且特别是有关于一种微型逆变器及其控制方法。

背景技术：

1、光伏发电系统是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。

2、微型逆变器，一般指的是光伏发电系统中的功率较小、具组件级mppt的逆变器，全称是微型光伏并网逆变器。“微型”是相对于集中式逆变器而言的。集中式逆变器是将所有的光伏电池组件在阳光照射下生成的直流电全部串并联在一起，再通过一个逆变器将直流电逆变成交流电接入电网；微型逆变器则对每块光伏电池组件进行单独控制。其优点是可以对每块光伏电池组件进行独立的mppt控制，能够大幅提高整体发电效率，同时也可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等。

3、可以同时连接多个光伏电池组件的光伏微型逆变器，可以保证每个光伏组件单独实现最大功率点跟踪的功能，再通过一个逆变器将所有光伏电池组件的能量转变为交流电接入电网。相比于只能连接单个光伏电池组件的微型逆变器，具有转换效率更高、成本更低、体积更小、功率密度更大等优点。

4、已知技术中，可以同时连接多个光伏电池组件的光伏微型逆变器，通常为两级的拓扑结构。

5、第一级是为与单个光伏电池组件连接的dc-dc升压电路，兼具mppt功能，其输出连接至直流母线。由于单个光伏电池组件的电压最大一般不超过60v，因此该级电路通常为带有变压器的隔离型dc-dc升压电路，以实现10到50倍的直流升压比。所述隔离型dc-dc升压电路例如采用交错并联反激变换电路(flyback)方案，单个反激变换电路(flyback)的最大功率难以超过300瓦，因而采用交错并联反激变换电路(flyback)的方式提高功率等级至600瓦。当光伏输入功率低时，只有一个反激变换电路(flyback)工作，功率高时两个反激变换电路(flyback)工作，工作在交错并联模式，以提高效率。

6、第二级是并网逆变电路，其将直流母线的直流电转变为交流电并接入电网。由于微型逆变器的功率一般很小，因此该级电路通常为临界导通模式(critical-conductionmode，crm)逆变电路，以提高转换效率。

7、上述可连接多路光伏组件的光伏微型逆变器的传统拓扑结构，有以下几个缺点：

8、第一，不同型号的光伏电池组件最大功率点电压不同，一般在30v至50v之间，而对于隔离型dc-dc升压电路，难以在不同升压比的情况下保证电路始终工作在高转换效率区间；

9、第二，不同型号的光伏电池组件最大功率范围在200瓦至800瓦之间，对于单个隔离型dc-dc升压电路，难以确保在不同功率段都工作在最大转化效率区间，对于连接了不同型号光伏电池组件的微型逆变器来说，难以保证实现系统效率最优。

10、第三，准谐振逆变电路适用于1000瓦以内的小功率范围，功率等级不能超过2000瓦，如果功率等级过高，准谐振逆变电路会有难以控制并网电流谐波失真率、并网电感体积过大，成本过高等问题。这些缺点已经限制了微型逆变器提升功率等级的发展趋势。

11、第四，功率等级难以提高，采用交错并联反激变换电路(flyback)的方案，单路输入的光伏功率不宜超过500瓦，工作在准谐振模式并网逆变电路在高功率工况下，需要大幅度增大并网电感的感量，从而导致提高成本、增大体积，因此其功率等级不宜超过2000瓦，同时限制了可连接的光伏电池组件的数量。

12、第五，采用交错并联的方案，每一路光伏输入都含有两个功率变压器以及多个功率器件，因此整个系统含有多个功率变压器，系统体积大，系统成本高。

13、针对上述问题，在公开号为cn115360758a的发明专利中，已经提出了一种技术方案，其采用多个前级dc/dc变换电路的输出端均与直流母线并联的方式，然而，在这种技术方案中，进行后续的升压变换时的升压比很高，影响了整体效率的提升。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种效率更高的微型变换器及其控制方法。

2、为达到上述目的，本发明技术方案是：

3、一种微型逆变器，包括，

4、多个前级dc/dc变换电路，所述前级dc/dc变换电路的输入端分别与其对应的光伏电池组件并联，多个所述前级dc/dc变换电路的输出端串联后与第一直流母线并联；

5、后级dc/dc变换电路，所述后级dc/dc变换电路的输入端与所述第一直流母线并联，所述后级dc/dc变换电路的输出端与第二直流母线并联；

6、dc/ac变换电路，所述dc/ac变换电路的输入端与所述第二直流母线并联，所述dc/ac变换电路的输出端输出交流电。

7、每个上述前级dc/dc变换电路均具有mppt功能。

8、上述前级dc/dc变换电路有两种工作模式，一是开通模式，二是关断模式；当所述前级dc/dc变换电路处于开通模式，所述前级dc/dc变换电路实现mppt功能；当所述前级dc/dc变换电路处于关断模式，所述前级dc/dc变换电路没有输出。

9、在一具体实施例中，上述前级dc/dc变换电路的拓扑为boost拓扑。

10、在一具体实施例中，上述前级dc/dc变换电路的拓扑为buck拓扑。

11、在一具体实施例中，上述前级dc/dc变换电路的拓扑为buck-boost拓扑。

12、在一具体实施例中，上述后级dc/dc变换电路为llc谐振电路。

13、在一具体实施例中，上述dc/ac变换电路为heric电路。

14、本发明还提供一种用于控制上述一种微型逆变器的控制方法，包括，

15、步骤s51，mppt控制，采样光伏电池组件的电压vpv和电流ipv，根据电压vpv和电流ipv计算光伏电池组件的输入功率，再按照mppt算法计算出光伏电池组件的电压基准值vpv.ref；

16、步骤s52，光伏电池组件电压控制，将光伏电池组件的实际电压值vpv与电压基准值vpv.ref进行比较，对误差信号进行补偿放大，得到所述前级dc/dc变换电路中开关的驱动信号，实现对光伏电池组件电压的控制；

17、步骤s53，第一直流母线的电压基准值计算，根据所有所述前级dc/dc变换电路的电压基准值vpv.ref与电压设定值vset，求得第一直流母线的电压基准值vbus.f.ref，表达式如下：

18、

19、其中，n为光伏板的数量；

20、步骤s54，第一直流母线电压控制，比较所述第一直流母线的实际电压值vbus.l与电压基准值vbus.f.ref，将两者的误差信号进行补偿放大，得到所述后级dc/dc变换电路中开关的驱动信号，实现对第一直流母线的电压控制；

21、步骤s55，第二直流母线的电压基准值计算，根据所述微型逆变器的实际工作状态以及交流电网的状态，计算得到第二直流母线的电压基准值vref.bus.h；

22、步骤s56，第二直流母线电压控制，根据第二直流母线的电压基准值vref.bus.h，第二直流母线的实际电压值vbus.h、电网电压和电网电流，生成驱动信号，用以控制所述dc/ac变换电路，实现对第二直流母线电压的控制。

23、有益效果，本发明微型逆变器的多个前级dc/dc变换电路先串联后再并入直流母线，其串联后的电压更高，使得后面进行升压的升压比较低，电路设计友好，能达到更高的效率。

24、为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。