电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种应用于光伏发电系统的电流型桥式变换器的双占空比控制装置，其包含最大功率点跟踪模块，光伏电池电压闭环控制装置以及低压侧直流电压闭环控制装置。其中最大功率点跟踪模块输出的信号作为光伏电池电压的基准信号；光伏电池电压闭环控制一方面保证光伏电池输出电压稳定，另一方面也实现抑制光伏电池输出电流中低频纹波含量，其功能由升压占空比实现；低压侧直流电压闭环控制装置控制低压侧电压与直流母线侧电压相匹配，从而使得器件的电流应力较小，其功能由功率占空比实现。本发明专利技术的实施可以保证光伏变换器在采用薄膜电容时实现较低的器件电流应力、高效率、稳定的能量获取率以及低频电流纹波抑制的能力。

【技术实现步骤摘要】
电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置
本专利技术涉及一种电流型桥式光伏变换器的控制装置，属于电力电子变换器控制

技术介绍
光伏交流模块(微逆变器)作为光伏发电的重要形式，以其安装方便、可热插拔、冗余性能好、能量获取率高等特点，近年来受到越来越多的重视。光伏微逆变器的通常以反激式与正激式拓扑为基础，在较低功率情况下可以获得高效率。随着光电转换效率的提高，单块光伏电池输出功率越来越大，为获得高效变换，常见解决方案为交错并联正激或反激变换器，但是在功率进一步增加时，并联的数量需相应增加，这极大的增加了微逆变器的复杂程度。为此，研究人员开发了以推挽、半桥、全桥和Zeta为基础的微逆变器。其中，桥式微逆变器电路结构虽然相对复杂，但其器件的电流应力低，滤波器设计相对简单，因此目前受到广泛重视。加权效率是光伏微逆变器的重要性能指标之一，如CEC效率与欧洲效率，为此，微逆变器效率的提升一直是研究热点，目前，主要从先进控制策略与电路拓扑改进来提升微逆变器的加权效率。对于桥式微逆变器而言，由于输入侧光伏电池的电压波动极大，造成微逆变器前级DC/DC变换器在输入、输出侧电压不匹配，使得变换效率降低。为此，一些文献以电流型全桥变换器为基础，控制桥式电路输入、输出电压在整个工频周期内相匹配，保证了较高的变换效率。但该方法适用于较大功率的两级式并网逆变器。光伏微逆变器运行环境恶劣，为保证其寿命与光伏电池匹配，必须采用薄膜电容代替电解电容，由此加重了光伏电池输出电流的低频纹波(LFCR)含量，这对光伏电池最大输出功率以及系统的稳定性存在较大影响。为抑制LFCR，可以在微逆变器中增加一块由开关器件与储能器件构成的能量缓冲单元，但这直接增加了微逆变器的复杂性与成本。为不增加微逆变器的复杂性，一般都采用前级DC/DC变换器的输出滤波电容进行能量缓冲，并有不同的控制策略。相关文献提出电压电流双闭环控制策略，电流环在双倍工频处具有较大的增益以保证电流跟踪性能，而由于反馈电压中含有低频纹波，因此必须设计电压环在双倍工频处的开环增益很小才能保证电流基准值中不含纹波，造成电压环带宽极小，逆变器的动态特性很差。最近研究结果表明双环策略抑制LFCR的原因，并提出在控制环路中插入陷波器以提高电压环的带宽，取得了不错的控制效果，但该方法直接控制的是滤波电感电流，为保证瞬时功率恒定，前级变换器的滤波电容需要很大的值以保证直流母线电压与瞬时功率基本恒定，否则光伏电池输入侧电流中不能完全消除LFCR。一些光伏逆变器的前级变换器具有电流源输出特性，其输出电压由后级SPWM并网逆变器的控制器实现稳压，前级变换器的电压反馈参数为光伏电池电压，电流反馈参数是光伏电池直接相关的升压电感电流，因此其控制效果较好，但其需同时控制电路的占空比与移相角两个存在耦合关系的量，此外前级变换器的变压器原副边器件均采用全控型器件，对微逆变器而言电路相对复杂。因此，寻找桥式光伏微逆变器的前级变换器对应的控制装置，以保证光伏微逆变器具有较高的效率，并且抑制光伏电池侧输出电流中低频纹波的含量是非常必要的，本方案由此产生。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有的应用于两级式光伏微逆变器前级变换器控制技术的不足，本专利技术采用双占空比调制电流型桥式变换器，采用升压占空比控制光伏电池的电压，在此基础上能够抑制光伏电池输出电流中的低频纹波成分；采用功率占空比一方面控制光伏变换器处理的功率大小，另一方面使低压侧电压跟踪直流母线电压，从而使变换器中电流应力得到优化。双占空比调制的光伏微逆变器前级变换器具有效率高，各项性能指标高的特点。技术方案：一种电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置包含信号检测环节、最大功率点跟踪模块、光伏电池电压控制器、低压侧电压控制器以及信号调制器；其中光伏电池电压控制器包含第一减法器、比例积分调节器、第二减法器、第一比例积分谐振调节器、加法器，低压侧电压控制器包含比例环节、第三减法器、第二比例积分谐振调节器以及信号调制器。信号检测环节包含5个输出端，分别为第一输出端至第五输出端。最大功率点跟踪模块的两个输入端分别连接信号检测环节的第一输出端与第二输出端；第一减法器的正输入端、负输入端分别连接最大功率点跟踪模块的输出端与信号检测环节的第二输出端；比例积分调节器的输入端连接第一减法器的输出端；第二减法器的正输入端、负输入端分别连接比例积分调节器的输出端与信号检测环节的第三输出端；第一比例积分谐振调节器的输入端连接第二减法器的输出端；加法器的两个正输入端分别连接到最大功率点跟踪模块的输出端与第一比例积分谐振调节器的输出端；比例环节的输入端连接到信号检测环节的第四输出端；第三减法器的正输入端与负输入端分别连接比例环节的输出端与信号检测环节的第五输出端；第二比例积分谐振调节器的输入端连接第三减法器的输出端；信号调制器的第一输入端与第二输入端分别连接加法器的输出端与第二比例积分谐振调节器的输出端，信号调制器的第一输出端与第二输出端分别作为光伏桥式变换器的第一桥臂开关管与第二桥臂开关管的驱动信号。光伏电池电压控制器，其特征在于内环反馈量是与光伏电池输出电流直接相关的升压电感电流，且采用比例积分谐振调节器，设置谐振频率等于两倍的电网频率，使得升压电感电流准确的跟踪基准值，不受变换器输出侧不同负载的影响；光伏电池电压作为外环的反馈量，在电流内环的双倍工频纹波电流得到抑制后，光伏电池输出功率是一稳定值，因此控制光伏电压的比例积分调节器输出信号中是一稳定的直流信号；通过上述电压外环、电流内环的控制，使得光伏电池电压稳定、且光伏电池输出电流中的低频纹波成分得到有效抑制。低压侧电压控制器，其特征在于其电压基准值与直流母线电压呈一定的比例关系，从而可以优化变换器中开关管的电流应力；采用比例积分谐振调节器后，在两倍的电网频率处获得极大的开环增益，保证了低压侧电压与直流母线电压同步成比例变化，进一步减小变换器中开关管的电流应力。信号调制器，其输入信号为两个占空比，分别调制桥式变换器的第一个桥臂与第二个桥臂，提高了变换器的维数，提高了变换器的控制效率。有益效果：采用上述方案后，一方面实现了光伏电池输出电压的稳定以及光伏电池输出电流低频纹波的有效抑制，另一方面也实现了变换器输入、输出电压的匹配，优化了器件的电流应力；因此，采用本专利技术的光伏变换器具有性能指标好，效率高的优点。附图说明图1为本专利技术实施例的一种电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置图；图2为本专利技术实施例的桥式光伏变换器主电路；图3为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的驱动波形以及主要工作波形；图4为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态1；图5为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态2；图6为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态3；图7为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态4；图8为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态5；图9为本专利技术实施例的桥式光伏变换器的工作模态6；图10为本专利技术实施例的光伏变换器等效示意图；图11为本专利技术实施例的升压电感电流内环、光伏电池电压外环控制框图；图12为本专利技术实施例的升压电感电流内环调节器矫正伯德图；图13为本专利技术实施例的光伏电池电压外环调节器矫正伯德图；图14为本专利技术实施例所设计的光伏电池电压环参数在功率固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置，其特征在于：包括信号检测环节、最大功率点跟踪模块、光伏电池电压控制器、低压侧电压控制器以及信号调制器；其中光伏电池电压控制器包含第一减法器、比例积分调节器、第二减法器、第一比例积分谐振调节器、加法器，低压侧电压控制器包含比例环节、第三减法器、第二比例积分谐振调节器以及信号调制器。

【技术特征摘要】
1.一种电流型桥式光伏变换器的双占空比控制装置，其特征在于：包括信号检测环节、最大功率点跟踪模块、光伏电池电压控制器、低压侧电压控制器以及信号调制器；其中光伏电池电压控制器包含第一减法器、比例积分调节器、第二减法器、第一比例积分谐振调节器、加法器，低压侧电压控制器包含比例环节、第三减法器、第二比例积分谐振调节器以及信号调制器。2.一种如权利要求1所述的信号检测环节包含5个输出端，分别为第一输出端至第五输出端，如权利要求1所述的最大功率点跟踪模块的两个输入端分别连接信号检测环节的第一输出端与第二输出端；第一减法器的正输入端、负输入端分别连接最大功率点跟踪模块的输出端与信号检测环节的第二输出端；比例积分调节器的输入端连接第一减法器的输出端；第二减法器的正输入端、负输入端分别连接比例积分调节器的输出端与信号检测环节的第三输出端；第一比例积分谐振调节器的输入端连接第二减法器的输出端；加法器的两个正输入端分别连接到最大功率点跟踪模块的输出端与第一比例积分谐振调节器的输出端；比例环节的输入端连接到信号检测环节的第四输出端；第三减法器的正输入端与负输入端分别连接比例环节的输出端与信号检测环节的第五输出端；第二比例积分谐振调节器的输入端连接第三减法器的输出端；信号调制器的第一输入端与第二输入端分别连接加法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云亚，阚加荣，许志华，商志根，薛迎成，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32