交流旁路單相光伏逆變器及其控制方法和控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了交流旁路單相光伏逆變器的控制方法和控制裝置，利用并網(wǎng)電流信號和電網(wǎng)電壓信號之間的相位差對調制波的相位進行閉環(huán)調整，以使得并網(wǎng)電流信號與電網(wǎng)電壓信號保持某一定值相位差，鎖相并網(wǎng)電流信號的相位來控制交流旁路功率開關管，從而使得交流旁路功率開關管在電流過零時進行開關切換，不中斷并網(wǎng)電流，減小甚至消除電流的過零點畸變，并且交流旁路單相光伏逆變器能夠發(fā)出任意角度的無功電流。本發(fā)明還公開了交流旁路單相光伏逆變器。
【專利說明】交流旁路單相光伏逆變器及其控制方法和控制裝置
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于逆變器【技術領域】，尤其涉及交流旁路單相光伏逆變器及其控制方法和 控制裝置。
【背景技術】
[0002] 采用非隔離式（不含變壓器）拓撲的光伏逆變器效率高、體積小、重量輕、成本 低，這些優(yōu)點得到光伏逆變器制造廠商和研究機構的重視，出現(xiàn)大量的相關研究成果，極大 地推動了光伏發(fā)電技術的發(fā)展。但是，采用非隔離式拓撲的光伏逆變器能夠與交流電網(wǎng)形 成直接的電氣連接，該電氣連接能夠將功率器件開關產(chǎn)生的高頻共模電壓形成高頻共模電 流，帶來傳導、輻射干擾問題以及安全隱患。
[0003] 為了解決這個問題，出現(xiàn)了一類能夠抑制高頻共模電流的交流旁路單相光伏逆變 器，該類拓撲是對典型的Η橋拓撲的一種改進，即在續(xù)流階段將交流電網(wǎng)與光伏電池斷開， 附加的旁路功率開關將交流電流旁路，采用單極性調制方式以降低損耗，旁路功率開關管 以電網(wǎng)電壓的相位和頻率開關。
[0004] 圖1和圖2示出了兩種交流旁路單相光伏逆變器的結構。圖1所示的HERIC主電 路拓撲以及圖2所示的Η6主電路拓撲，均包括第一功率開關管S1、第二功率開關管S2、第 三功率開關管S3、第四功率開關管S4、第五功率開關管S5和第六功率開關管S6。其中，第 一功率開關管S1、第二功率開關管S2、第三功率開關管S3和第四功率開關管S4為橋臂功 率開關管，第五功率開關管S5和第六功率開關管S6為交流旁路功率開關管。在運行過程 中，交流旁路功率器件（也就是第五功率開關管S5和第六功率開關管S6)按照電網(wǎng)電壓的 相位和頻率開關，開關的時序由調制策略決定。
[0005] 目前的交流旁路單相光伏逆變器在運行過程中存在電流過零點畸變的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種交流旁路單相光伏逆變器的控制方法及控 制裝置，以減小電流在過零點畸變的程度。本發(fā)明還提供一種交流旁路單相光伏逆變器。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0008] 本發(fā)明公開一種交流旁路單相光伏逆變器的控制方法，所述交流旁路單相光伏逆 變器連接于光伏電池和交流電網(wǎng)之間，所述交流旁路單相光伏逆變器包括第一功率開關管 至第六功率開關管，其中第一功率開關管至第四功率開關管為橋臂功率開關管，第五功率 開關管和第六功率開關管為交流旁路功率開關管，所述方法包括：
[0009] 獲取電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia ;
[0010] 確定所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號ia之間的相位差
[0011] 計算所述相位差f和參考相位的和值，對所述和值進行PI比例積分控制，獲 得初相角Θ ;
[0012] 生成單位正弦信號，所述單位正弦信號的頻率與所述交流電網(wǎng)的頻率相同、初相 角為Θ ;
[0013] 獲取直流參考電壓Vdra，對所述直流參考電壓Vdra進行PI控制，獲得參考電流峰值 Upi；
[0014] 將所述參考電流峰值Upi與單位正弦信號相乘得到參考電流iMf ;
[0015] 確定所述交流旁路單相光伏逆變器的并網(wǎng)電流i，計算所述參考電流iMf和所述 并網(wǎng)電流i的差值，對所述差值進行PI控制，獲得調制波i m;
[0016] 比較所述調制波1和載波，生成所述第一功率開關管至第四功率開關管的開關信 號，并傳輸至所述第一至第四功率開關管的控制端；
[0017] 對所述并網(wǎng)電流信號ia進行鎖相處理獲取電流同步信號isyn，利用所述電流同步 信號i syn生成所述第五功率開關管和第六功率開關管的開關信號，并傳輸至所述第五功率 開關管和第六功率開關管。
[0018] 優(yōu)選的，在上述方法中，所述比較所述調制波1和載波，生成所述第一功率開關管 至第四功率開關管的開關信號，包括：
[0019] 對所述調制波im進行鎖相處理獲得調制波同步信號imsyn ;
[0020] 對所述調制波同步信號imsyn進行整形獲得第一信號Slm和第二信號/S lm，其中，當 所述調制波同步信號imsyn高于零電位時，所述第一信號Slm為高電平、所述第二信號/S lm為 低電平，當所述調制波同步信號imsyn低于零電位時，所述第一信號Slm為低電平、所述第二 ?目號/slm為商電平；
[0021] 比較所述調制波im與所述載波獲得第四信號S14m，其中，當所述調制波乜高于所述 載波時，所述第四信號S 14m為高電平，當所述調制波im低于所述載波時，所述第四信號S14m 為低電平；
[0022] 獲取所述調制波im的反相信號，比較所述反相信號與所述載波獲得第三信號S 23m， 其中，當所述反相信號高于所述載波時，所述第三信號S23m為高電平，當所述反相信號低于 所述載波時，所述第三信號S 23m為低電平；
[0023] 將所述第一信號Slm和所述第四信號S14m進行與運算，生成所述第一功率開關管和 第四功率開關管的開關信號，將所述第二信號/Sln^P所述第三信號s23m進行與運算，生成第 二功率開關管和第三功率開關管的開關信號。
[0024] 優(yōu)選的，在上述方法中，所述獲取直流參考電壓Vdra包括：
[0025] 獲取所述光伏電池的直流電壓Vd。；
[0026] 依據(jù)MPPT最大功率點追蹤算法確定所述光伏電池的參考電壓；
[0027] 將所述參考電壓和所述直流電壓Vd。的差值確定為直流參考電壓Vdra。
[0028] 優(yōu)選的，在上述方法中，所述確定所述電網(wǎng)電壓信號￥。和并網(wǎng)電流信號匕之間的 相位差口，包括：
[0029] 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算無功功率Q ;
[0030] 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算視在功率S ;
[0031] 利用公式ριΧΜη?α'Ο計算所述電網(wǎng)電壓信號va和并網(wǎng)電流信號ia之間的相 位差。
[0032] 優(yōu)選的，在上述方法中，所述根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號￥。和并網(wǎng)電流信號匕計算無 功功率Q，包括：將所述電網(wǎng)電壓信號Va滯后90°，獲得電壓信號Ve ;將所述并網(wǎng)電流信號 ia滯后90°，獲得電流信號ie ;利用公式Q = Ve*ia-Va*ie，計算無功功率Q;
[0033] 所述根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算視在功率S，包括：計算電 網(wǎng)電壓信號Va的有效值VMS ;計算并網(wǎng)電流信號ia的有效值IKMS ;利用公式S = 計算視在功率S。
[0034] 本發(fā)明還公開一種交流旁路單相光伏逆變器的控制裝置，所述交流旁路單相光伏 逆變器連接于光伏電池和交流電網(wǎng)之間，所述交流旁路單相光伏逆變器包括第一功率開關 管至第六功率開關管，其中第一功率開關管至第四功率開關管為橋臂功率開關管，第五功 率開關管和第六功率開關管為交流旁路功率開關管，所述控制裝置包括：
[0035] 信號獲取單元，用于獲取電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia ;
[0036] 相位差確定單元，用于確定所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia之間的相位 差P;
[0037] 初相角確定單元，用于計算所述相位差p和參考相位的和值，對所述和值進行 PI比例積分控制，獲得初相角Θ ;
[0038] 正弦信號發(fā)生單元，用于生成單位正弦信號，所述單位正弦信號的頻率與所述交 流電網(wǎng)的頻率相同、初相角為Θ ;
[0039] 參考電流峰值確定單元，用于獲取直流參考電壓Vdra，對所述直流參考電壓V dra進 行PI控制，獲得參考電流峰值Upi ;
[0040] 參考電流確定單元，用于將所述參考電流峰值upi與單位正弦信號相乘得到參考 電流：Uf;
[0041] 調制波發(fā)生單元，用于確定所述交流旁路單相光伏逆變器的并網(wǎng)電流i，計算所述 參考電流id和所述并網(wǎng)電流i的差值，對所述差值進行PI控制，獲得調制波i m ;
[0042] 第一開關信號發(fā)生單元，用于比較所述調制波1和載波，生成所述第一功率開關 管至第四功率開關管的開關信號，并傳輸至所述第一至第四功率開關管的控制端；
[0043] 第二開關信號發(fā)生單元，用于對所述并網(wǎng)電流信號ia進行鎖相處理獲取電流同 步信號isyn，利用所述電流同步信號isyn生成所述第五功率開關管和第六功率開關管的開關 信號，并傳輸至所述第五功率開關管和第六功率開關管。
[0044] 優(yōu)選的，上述控制裝置中，所述第一開關信號發(fā)生單元包括：
[0045] 鎖相模塊，用于對所述調制波im進行鎖相處理獲得調制波同步信號imsyn ;
[0046] 整形模塊，用于對所述調制波同步信號1_進行整形獲得第一信號Slm和第二信 號/S lm，其中，當所述調制波同步信號imsyn高于零電位時，所述第一信號Slm為高電平、所述 第二信號/S lm為低電平，當所述調制波同步信號imsyn低于零電位時，所述第一信號Slm為低 電平、所述第二信號/S lm為高電平；
[0047] 比較模塊，用于比較所述調制波im與所述載波獲得第四信號S14m，其中，當所述調 制波im高于所述載波時，所述第四信號S14m為高電平，當所述調制波1低于所述載波時，所 述第四信號S14m為低電平；
[0048] 第一信號發(fā)生模塊，用于獲取所述調制波im的反相信號，比較所述反相信號與所 述載波獲得第三信號S23m，其中，當所述反相信號高于所述載波時，所述第三信號s23m為高電 平，當所述反相信號低于所述載波時，所述第三信號s23m為低電平；
[0049] 第二信號發(fā)生模塊，用于將所述第一信號Slm和所述第四信號S14m進行與運算，生 成所述第一功率開關管和第四功率開關管的開關信號，將所述第二信號/S lm和所述第三信 號S23m進行與運算，生成第二功率開關管和第三功率開關管的開關信號。
[0050] 優(yōu)選的，上述控制裝置中，所述參考電流峰值確定單元包括參考電流峰值確定模 塊；
[0051] 所述參考電流峰值確定模塊獲取所述光伏電池的直流電壓Vd。，依據(jù)MPPT最大功 率點追蹤算法確定所述光伏電池的參考電壓，將所述參考電壓和所述直流電壓V d。的差值 確定為直流參考電壓Vdra。
[0052] 優(yōu)選的，上述控制裝置中，所述相位差確定單元包括：
[0053] 無功功率確定模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算無功 功率Q ;
[0054] 視在功率確定模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算視在 功率S ;
[0055] 相位差確定模塊，用于利用公式爐= arCSin(2/幻計算所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng) 電流信號ia之間的相位差。
[0056] 本發(fā)明還公開一種交流旁路單相光伏逆變器，包括上述任意一種控制裝置。
[0057] 由此可見，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明公開的交流旁路單相光伏逆變器的控制 方法和控制裝置，利用并網(wǎng)電流信號和電網(wǎng)電壓信號之間的相位差對調制波的相位進行閉 環(huán)調整，以使得并網(wǎng)電流信號與電網(wǎng)電壓信號保持某一定值相位差，鎖相并網(wǎng)電流信號的 相位來控制交流旁路功率開關管，從而使得交流旁路功率開關管在電流過零時進行開關切 換，不中斷并網(wǎng)電流，減小甚至消除電流的過零點畸變，并且交流旁路單相光伏逆變器能夠 發(fā)出任意角度的無功電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0059] 圖1為HERIC主電路拓撲的示意圖；
[0060] 圖2為H6主電路拓撲的示意圖；
[0061] 圖3為光伏逆變器的等效原理圖；
[0062] 圖4為光伏逆變器的相位關系不意圖；
[0063] 圖5為本發(fā)明公開的一種交流旁路單相光伏逆變器的控制方法的流程圖；
[0064] 圖6為基于相位差閉環(huán)控制生成單位正弦信號的原理框圖；
[0065] 圖7為基于單位正弦信號生成調制波的原理框圖；
[0066] 圖8為圖1所示HERIC主電路拓撲發(fā)生直流短路時的電流路徑示意圖；
[0067] 圖9為生成第一功率開關管至第四功率開關管的開關信號的一種方法的流程圖；
[0068] 圖10為生成第一功率開關管至第四功率開關管的開關信號的另一種方法的原理 框圖；
[0069] 圖11為基于傳統(tǒng)控制方法產(chǎn)生的開關信號以及并網(wǎng)電流的仿真波形圖；
[0070] 圖12為基于本發(fā)明公開的控制方法產(chǎn)生的開關信號以及并網(wǎng)電流的仿真波形 圖；
[0071] 圖13為分別按照電網(wǎng)電壓的相位控制旁路開關和按照并網(wǎng)電流的相位控制旁路 開關的情況下，所產(chǎn)生的無功電流的仿真波形；
[0072] 圖14為基于傳統(tǒng)控制方法和本發(fā)明公開的控制方法產(chǎn)生的相位差的示意圖；
[0073] 圖15為參考電流為20A時，基于傳統(tǒng)控制方法和本發(fā)明公開的控制方法產(chǎn)生的并 網(wǎng)電流的波形圖；
[0074] 圖16為參考電流為50A時，基于傳統(tǒng)控制方法和本發(fā)明公開的控制方法產(chǎn)生的并 網(wǎng)電流的波形圖；
[0075] 圖17為本發(fā)明公開的一種交流旁路單相光伏逆變器的控制裝置的結構示意圖；
[0076] 圖18為本發(fā)明公開的第一開關信號發(fā)生單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0077] 光伏逆變器的并網(wǎng)工作原理可以等效為：一個相位可控的電流源/8經(jīng)過一個電抗 器L(其內(nèi)阻可以忽略）和一個電壓源注入交流電網(wǎng)，如圖3所示。若要保證電網(wǎng)電壓 和并網(wǎng)電流同相，則電流源在電抗器L前端產(chǎn)生的電壓^要超前電網(wǎng)電壓，這樣最終 與電抗器上的電壓合成矢量是同相的，如圖4所示。
[0078] 電壓的相位由調制波決定，而目前調制波是根據(jù)電網(wǎng)電壓的相位輸出的。但由 于PI調制器、離散化等多種因素會造成調制波的相位相對于電網(wǎng)電壓的相位滯后，使得調 制波超前相位達不到要求，從而導致并網(wǎng)電流并不能保持與電網(wǎng)電壓嚴格同相。但是，旁路 功率開關是按照電網(wǎng)電壓的相位控制的，因此旁路功率開關進行開關切換時會破壞并網(wǎng)電 流的連續(xù)性，使電流迅速減小到〇，產(chǎn)生畸變。
[0079] 為了解決上述電流畸變的問題，調制波需要再提前一定的相位，才能使得光伏電 池產(chǎn)生的直流電壓通過功率開關管加在電抗器L上的并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同相位，旁路功 率開關在并網(wǎng)電流過零時切換，減小電流畸變的程度，甚至消除電流畸變。
[0080] 根據(jù)電網(wǎng)電壓的相位輸出的調制波的相位是一個開環(huán)給定，實際運行時，調制波 的相位超前補償角度應該隨著輸出電流大小、光伏逆變器的阻抗等因素波動，并不能補償 一個固定值，因此調制波提前的相位也是變化的。因此需要控制電壓電流的相位差，并鎖相 并網(wǎng)電流相位來避免電流過零點畸變。
[0081] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0082] 本發(fā)明中的交流旁路單相光伏逆變器連接于光伏電池和交流電網(wǎng)之間，包括第一 功率開關管至第六功率開關管，其中第一功率開關管至第四功率開關管為橋臂功率開關 管，第五功率開關管和第六功率開關管為交流旁路功率開關管，具體結構請參見圖1和圖 2〇
[0083] 參見圖5,圖5為本發(fā)明公開的一種交流旁路單相光伏逆變器的控制方法的流程 圖。該方法包括：
[0084] 步驟S1 :獲取電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia。
[0085] 并網(wǎng)電流信號ia指的是，流經(jīng)交流旁路單相光伏逆變器中電感C的電流信號。
[0086] 步驟S2 :確定電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia之間的相位差
[0087] 步驟S3 :計算相位差-和參考相位ρ '的和值，對和值進行PI比例積分控制，獲得 初相角Θ。
[0088] 其中，參考相位可以依據(jù)功率因數(shù)、無功比例等參數(shù)確定，與光伏系統(tǒng)的控制 策略相關。
[0089] 步驟S4 :生成單位正弦信號，單位正弦信號的頻率與交流電網(wǎng)的頻率相同、初相 角為Θ。
[0090] 步驟S5 :獲取直流參考電壓，對直流參考電壓進行PI控制，獲得參考電流 峰值Upi。
[0091] 實施中，可以獲取光伏電池的直流電壓Vd。作為直流參考電壓Vdra。
[0092] 步驟S6 :將參考電流峰值Upi與單位正弦信號相乘得到參考電流iMf。
[0093] 步驟S7 :確定交流旁路單相光伏逆變器的并網(wǎng)電流i，計算參考電流iMf和并網(wǎng)電 流i的差值，對差值進行PI控制，獲得調制波i m。
[0094] 步驟S8 :比較調制波im和載波，生成第一功率開關管至第四功率開關管的開關信 號，并傳輸至第一至第四功率開關管的控制端。
[0095] 步驟S9 :對并網(wǎng)電流信號ia進行鎖相處理獲取電流同步信號isyn，利用電流同步 信號isyn生成第五功率開關管和第六功率開關管的開關信號，并傳輸至第五功率開關管和 第六功率開關管。
[0096] 本發(fā)明公開的交流旁路單相光伏逆變器的控制方法，利用并網(wǎng)電流信號和電網(wǎng)電 壓信號之間的相位差對調制波的相位進行閉環(huán)調整，以使得并網(wǎng)電流信號與電網(wǎng)電壓信號 保持某一定值相位差，鎖相并網(wǎng)電流信號的相位來控制交流旁路功率開關管，從而使得交 流旁路功率開關管在電流過零時進行開關切換，不中斷并網(wǎng)電流，減小甚至消除電流的過 零點畸變，并且交流旁路單相光伏逆變器能夠發(fā)出任意角度的無功電流。
[0097] 作為一種優(yōu)選實施方式，在圖1所示方法中，獲取直流參考電壓Vdra還可以采用其 他方式。例如：獲取光伏電池的直流電壓V d。；依據(jù)MPPT最大功率點追蹤算法確定光伏電池 的參考電壓；將參考電壓和直流電壓Vd。的差值確定為直流參考電壓。這里需要說明的 是，最大功率點追蹤是較為成熟的技術，本發(fā)明中可以采用任意一種現(xiàn)有的算法確定光伏 電池的參考電壓，以使得光伏電池輸出最大功率。圖7為基于單位正弦信號生成調制波的 原理框圖。
[0098] 另外，在圖1所示方法中，確定電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號匕之間的相位差 爐，包括：根據(jù)電網(wǎng)電壓信號V a和并網(wǎng)電流信號i a計算無功功率Q ;根據(jù)電網(wǎng)電壓信號Va 和并網(wǎng)電流信號i a計算視在功率S ;利用公式f = arcsine?/?計算電網(wǎng)電壓信號Va和并 網(wǎng)電流信號ia之間的相位差。
[0099] 作為一種優(yōu)選實施方式，根據(jù)電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算無功功率 Q，包括：將電網(wǎng)電壓信號乂。滯后90°，獲得電壓信號Ve;將并網(wǎng)電流信號匕滯后90°，獲 得電流信號ie ;利用公式Q = Ve*ia-Va*ie，計算無功功率Q。根據(jù)電網(wǎng)電壓信號V a和并 網(wǎng)電流信號i a計算視在功率S，包括：計算電網(wǎng)電壓信號Va的有效值VMS ;計算并網(wǎng)電流 信號ia的有效值ΙΚΒ ;利用公式S = VKMS*IMS，計算視在功率S。確定無功功率Q和視在功 率S的過程可參見圖6所示。
[0100] 具體實施中，通過比較調制波im和載波生成第一功率開關管至第四功率開關管的 開關信號，可以采用傳統(tǒng)方式。但是 申請人:發(fā)現(xiàn)，依據(jù)傳統(tǒng)方式生成的開關信號作用于第一 功率開關管至第四功率開關管后，交流旁路單相光伏逆變器可能會出現(xiàn)直流短路現(xiàn)象。圖 8示出了 HERIC主電路拓撲發(fā)生直流短路時的電流路徑。
[0101] 研究發(fā)現(xiàn)，導致交流旁路單相光伏逆變器出現(xiàn)直流短路現(xiàn)象的原因在于：交流旁 路單相光伏逆變器中位于同一橋臂的功率開關管的開關時間超過了半個電網(wǎng)周期。
[0102] 本發(fā)明公開一種生成第一功率開關管至第四功率開關管的開關信號的方法，以消 除交流旁路單相光伏逆變器出現(xiàn)直流短路的現(xiàn)象。參見圖9,圖9為生成第一功率開關管至 第四功率開關管的開關信號的一種方法的流程圖。包括：
[0103] 步驟S81 :對調制波im進行鎖相處理獲得調制波同步信號imsyn。
[0104] 步驟S82 :對調制波同步信號1_進行整形獲得第一信號Slm和第二信號/Slm。其 中，當調制波同步信號i msyn高于零電位時，第一信號Slm為高電平、第二信號/Slm為低電平， 當調制波同步信號i msyn低于零電位時，第一信號Slm為低電平、第二信號/Slm為高電平。
[0105] 步驟S83 :比較調制波im與載波獲得第四信號S14m。其中，當調制波im高于載波 時，第四信號S 14m為高電平，當調制波im低于載波時，第四信號S14m為低電平。
[0106] 步驟S84 :獲取調制波im的反相信號，比較反相信號與載波獲得第三信號S23m。其 中，當反相信號高于載波時，第三信號s 23m為高電平，當反相信號低于載波時，第三信號s23m 為低電平。
[0107] 步驟S85 :將第一信號Slm和第四信號S14m進行與運算，生成第一功率開關管和第 四功率開關管的開關信號，將第二信號/S lm和第三信號S23m進行與運算，生成第二功率開關 管和第三功率開關管的開關信號。其中，第一功率開關管和第四功率開關管位于不同橋臂， 第二功率開關管和第三功率開關管位于不同橋臂。
[0108] 基于本發(fā)明圖9所示的方法，通過對調制波進行整形，保證了第一功率開關管至 第四功率開關管的開關時間不超過半個電網(wǎng)周期，從而避免出現(xiàn)直流短路現(xiàn)象。
[0109] 實施中，利用電流同步信號isyn生成第五功率開關管和第六功率開關管的開關信 號可以采用傳統(tǒng)方式：將電流同步信號i syn作為第六功率開關管的開關信號；獲取同步信 號isyn的反相信號，將該反相信號作為第五開關管的開關信號。鎖相電流同步信號控制交 流旁路功率開關管是為了避免過零點畸變。
[0110] 對電流同步信號isyn進行整形獲得第六信號&，其中，當電流同步信號i syn高于零 電位時，第六信號S6為高電平，當電流同步信號isyn低于零電位時，第六信號s6為低電平。 獲取第六信號S6的反相信號，將該反相信號作為第五開關信號s5。其中，第五開關信號s 5 傳輸至第五功率開關管，第六開關信號s6傳輸至第六功率開關管。
[0111] 實施中，可以通過電壓比較器實現(xiàn)對信號的整形，通過反相器獲取一信號的反相 信號。圖10示出了一種更為具體的生成第一功率開關管至第六功率開關管的開關信號的 方法。這里進行簡要說明：
[0112] 對調制波im進行鎖相處理，獲得調制波同步信號imsyn。將調制波同步信號乜_接 入第一電壓比較器的正相輸入端，該第一電壓比較器的反相輸入端接地，該第一電壓比較 器的輸出即為第一信號s lm。將第一信號slm接入第一反相器的輸入端，該第一反相器的輸 出即為第二信號/S lm。將調制波im接入第二電壓比較器的正相輸入端，該第二電壓比較器 的反相輸入端接入載波，該第二電壓比較器的輸出即為第四信號s 14m。將調制波im接入第 二反相器的輸入端，該第二反相器的輸出即為調制波im的反相信號，將該反相信號接入第 三電壓比較器的正相輸入端，該第三電壓比較器的反相輸入端接入載波，則第三電壓比較 器的輸出即為第三信號s 23m。將第一信號slm和第四信號s14m接入第一與門的輸入端，第一 與門的輸出為第一功率開關管和第四功率開關管的開關信號。將第二信號/s lm和第三信號 S23m接入第二與門的輸入端，第二與門的輸出為第二功率開關管和第三功率開關管的開關 信號。
[0113] 將電流同步信號isyn接入第四電壓比較器的正相輸入端，第四電壓比較器的反相 輸入端接地，則該第四電壓比較器的輸出即為第六信號s 6。將第六信號s6接入第三反相器 的輸入端，該第三反相器的輸出即為第五信號s5。
[0114] 電流同步信號與調制波整形結合是為了避免過零時直流短路現(xiàn)象。
[0115] 利用電力電子仿真軟件PSIM根據(jù)以上方法建立仿真模型仿真。其中，光伏電池用 350V直流電源代替，功率開關管用PSIM自帶的器件庫，表1所示為PSIM仿真參數(shù)表。
[0116] 表 1
[0117]
【權利要求】
1. 一種交流旁路單相光伏逆變器的控制方法，所述交流旁路單相光伏逆變器連接于光 伏電池和交流電網(wǎng)之間，所述交流旁路單相光伏逆變器包括第一功率開關管至第六功率開 關管，其中第一功率開關管至第四功率開關管為橋臂功率開關管，第五功率開關管和第六 功率開關管為交流旁路功率開關管，其特征在于，所述方法包括： 獲取電網(wǎng)電壓信號να和并網(wǎng)電流信號ia ; 確定所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號ia之間的相位差 計算所述相位差*?和參考相位P %的和值，對所述和值進行PI比例積分控制，獲得初 相角Θ ; 生成單位正弦信號，所述單位正弦信號的頻率與所述交流電網(wǎng)的頻率相同、初相角為 Θ ; 獲取直流參考電壓，對所述直流參考電壓Vdra進行PI控制，獲得參考電流峰值upi; 將所述參考電流峰值upi與單位正弦信號相乘得到參考電流iMf ; 確定所述交流旁路單相光伏逆變器的并網(wǎng)電流i，計算所述參考電流iMf和所述并網(wǎng) 電流i的差值，對所述差值進行PI控制，獲得調制波im; 比較所述調制波im和載波，生成所述第一功率開關管至第四功率開關管的開關信號， 并傳輸至所述第一至第四功率開關管的控制端； 對所述并網(wǎng)電流信號ia進行鎖相處理獲取電流同步信號isyn，利用所述電流同步信號 isyn生成所述第五功率開關管和第六功率開關管的開關信號，并傳輸至所述第五功率開關 管和第六功率開關管。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述比較所述調制波im和載波，生成所述 第一功率開關管至第四功率開關管的開關信號，包括： 對所述調制波im進行鎖相處理獲得調制波同步信號imsyn ; 對所述調制波同步信號1_進行整形獲得第一信號Slm和第二信號/Slm，其中，當所述 調制波同步信號imsyn高于零電位時，所述第一信號Slm為高電平、所述第二信號/S lm為低電 平，當所述調制波同步信號imsyn低于零電位時，所述第一信號Slm為低電平、所述第二信號/ slm為商電平； 比較所述調制波im與所述載波獲得第四信號s14m，其中，當所述調制波im高于所述載波 時，所述第四信號s14m為高電平，當所述調制波im低于所述載波時，所述第四信號s14m為低 電平； 獲取所述調制波im的反相信號，比較所述反相信號與所述載波獲得第三信號s23m，其 中，當所述反相信號高于所述載波時，所述第三信號s23m為高電平，當所述反相信號低于所 述載波時，所述第三信號s 23m為低電平； 將所述第一信號slm和所述第四信號s14m進行與運算，生成所述第一功率開關管和第四 功率開關管的開關信號，將所述第二信號/Slm和所述第三信號s23m進行與運算，生成第二功 率開關管和第三功率開關管的開關信號。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述獲取直流參考電壓Vdra包括： 獲取所述光伏電池的直流電壓Vd。； 依據(jù)MPPT最大功率點追蹤算法確定所述光伏電池的參考電壓； 將所述參考電壓和所述直流電壓vd。的差值確定為直流參考電壓v^。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電 流信號ia之間的相位差包括： 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號匕計算無功功率Q; 根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號ia計算視在功率S ; 利用公式P = arcsin(0/5'H十算所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia之間的相位 差。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于， 所述根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia計算無功功率Q，包括：將所述電網(wǎng) 電壓信號^滯后90°，獲得電壓信號Ve;將所述并網(wǎng)電流信號ia滯后90°，獲得電流信 號i e ;利用公式Q = Ve*ia-Va*ie，計算無功功率Q; 所述根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號i a計算視在功率S，包括：計算電網(wǎng)電 壓信號Va的有效值VKMS ;計算并網(wǎng)電流信號ia的有效值IKMS ;利用公式S = VKMS*IKMS，計算 視在功率S。
6. -種交流旁路單相光伏逆變器的控制裝置，所述交流旁路單相光伏逆變器連接于光 伏電池和交流電網(wǎng)之間，所述交流旁路單相光伏逆變器包括第一功率開關管至第六功率開 關管，其中第一功率開關管至第四功率開關管為橋臂功率開關管，第五功率開關管和第六 功率開關管為交流旁路功率開關管，其特征在于，所述控制裝置包括： 信號獲取單元，用于獲取電網(wǎng)電壓信號Va和并網(wǎng)電流信號ia ; 相位差確定單元，用于確定所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號匕之間的相位差 φ? 初相角確定單元，用于計算所述相位差和參考相位的和值，對所述和值進行PI 比例積分控制，獲得初相角Θ ; 正弦信號發(fā)生單元，用于生成單位正弦信號，所述單位正弦信號的頻率與所述交流電 網(wǎng)的頻率相同、初相角為Θ ; 參考電流峰值確定單元，用于獲取直流參考電壓Vdra，對所述直流參考電壓Vdra進行PI 控制，獲得參考電流峰值upi; 參考電流確定單元，用于將所述參考電流峰值upi與單位正弦信號相乘得到參考電流 Iref ; 調制波發(fā)生單元，用于確定所述交流旁路單相光伏逆變器的并網(wǎng)電流i，計算所述參考 電流iMf和所述并網(wǎng)電流i的差值，對所述差值進行PI控制，獲得調制波im; 第一開關信號發(fā)生單元，用于比較所述調制波im和載波，生成所述第一功率開關管至 第四功率開關管的開關信號，并傳輸至所述第一至第四功率開關管的控制端； 第二開關信號發(fā)生單元，用于對所述并網(wǎng)電流信號ia進行鎖相處理獲取電流同步信 號isyn，利用所述電流同步信號isyn生成所述第五功率開關管和第六功率開關管的開關信 號，并傳輸至所述第五功率開關管和第六功率開關管。
7. 根據(jù)權利要求6所述的控制裝置，其特征在于，所述第一開關信號發(fā)生單元包括： 鎖相模塊，用于對所述調制波im進行鎖相處理獲得調制波同步信號imsyn ; 整形模塊，用于對所述調制波同步信號1_進行整形獲得第一信號slm和第二信號/ Slm，其中，當所述調制波同步信號imsyn高于零電位時，所述第一信號slm為高電平、所述第二 信號/S lm為低電平，當所述調制波同步信號imsyn低于零電位時，所述第一信號slm為低電平、 所述第二信號/s lm為高電平； 比較模塊，用于比較所述調制波im與所述載波獲得第四信號s14m，其中，當所述調制波 im高于所述載波時，所述第四信號s14m為高電平，當所述調制波im低于所述載波時，所述第 四信號s 14m為低電平； 第一信號發(fā)生模塊，用于獲取所述調制波im的反相信號，比較所述反相信號與所述載 波獲得第三信號S23m，其中，當所述反相信號高于所述載波時，所述第三信號s23m為高電平， 當所述反相信號低于所述載波時，所述第三信號s 23m為低電平； 第二信號發(fā)生模塊，用于將所述第一信號slm和所述第四信號s14m進行與運算，生成所 述第一功率開關管和第四功率開關管的開關信號，將所述第二信號/Sln^p所述第三信號 s23m進行與運算，生成第二功率開關管和第三功率開關管的開關信號。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的控制裝置，其特征在于，所述參考電流峰值確定單元包括 參考電流峰值確定模塊； 所述參考電流峰值確定模塊獲取所述光伏電池的直流電壓Vd。，依據(jù)MPPT最大功率點 追蹤算法確定所述光伏電池的參考電壓，將所述參考電壓和所述直流電壓Vd。的差值確定 為直流參考電壓
9. 根據(jù)權利要求8所述的控制裝置，其特征在于，所述相位差確定單元包括： 無功功率確定模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號^和并網(wǎng)電流信號ia計算無功功率 Q； 視在功率確定模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)電壓信號乂。和并網(wǎng)電流信號ia計算視在功率 S ； 相位差確定模塊，用于利用公式-=arcsin(0/<5)計算所述電網(wǎng)電壓信號va和并網(wǎng)電 流信號ia之間的相位差。
10. -種交流旁路單相光伏逆變器，其特征在于，包括如權利要求6至9中任一項所述 的控制裝置。
【文檔編號】H02J3/38GK104092245SQ201410356818
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】李俊, 陶磊, 張興, 趙為 申請人:陽光電源股份有限公司