反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值電流數(shù)字控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子變換器的控制領域，特別設及一種反激式光伏并網(wǎng)微逆變器 的峰值電流數(shù)字控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電在近年得到了迅猛發(fā)展，將光伏電池所發(fā)電能進行并網(wǎng)是一種較為高 效、廉價的使用方式。光伏并網(wǎng)發(fā)電可分為集中式并網(wǎng)、組串式并網(wǎng)和并網(wǎng)微逆變器直接并 網(wǎng)，雖然并網(wǎng)微逆變器并網(wǎng)前期投資成本較高，但是其便于安裝、易于管理、冗余性好的特 點受到廣泛關注。相對于其它兩種并網(wǎng)發(fā)電方式，相同的光伏電池和氣象條件下，并網(wǎng)微逆 變器可獲得光伏電池輸出功率的最大化。
[0003] 并網(wǎng)微逆變器的電路結(jié)構(gòu)主要分為非隔離型和隔離型，由于單塊光伏電池的輸出 電壓較低，對于非隔離型電路需要增加一級高增益的DC/DC變換器，并且為抑制并網(wǎng)漏電 流，需要專口的較為復雜的逆變器電路;而隔離型并網(wǎng)微逆變器采用高頻變壓器進行電氣 隔離，有效克服了并網(wǎng)漏電流問題，并且通過合理設計變壓器的變比，可輕松實現(xiàn)輸入、輸 出電壓的匹配。
[0004] 目前，主流的并網(wǎng)微逆變器采用反激式電路，如圖1所示，反激式光伏并網(wǎng)微逆變 器的主電路中，光伏電池作為微逆變器的輸入電源，采用濾波電容Cin來穩(wěn)定光伏電池輸出 電壓化V，主電路中變壓器原邊電路與常見的反激式直流變換器結(jié)構(gòu)一致，變壓器有繞組應 數(shù)相同的兩個副邊，根據(jù)電網(wǎng)電壓Ug的極性控制第二開關管S2或第=開關管S3的導通與關 斷，Ug為正時，S2導通，Ug為負時，S3導通；電網(wǎng)側(cè)由電容Cg與電感Lg組成的低通濾波器濾除 諧波電流，保證并網(wǎng)電流ig具有較小的THD(總諧波失真，下文簡稱THD)值。
[0005] 反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的控制方式多采用峰值電流控制方式，而目前通用模擬 電路和數(shù)字電路相結(jié)合的方法實現(xiàn)峰值電流控制。如圖2所示，反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的 通用控制方法一峰值電流控制法下的主要工作波形，令變壓器的勵磁電感電流工作在電感 電流斷續(xù)模式(下文簡稱DCM),在一個開關周期起始時刻，開通第一開關管SI,變壓器原邊 電流ii從0開始線性上升，一旦ii的值大于由模擬控制器的輸出調(diào)制峰值電流ipk時，關斷 Sl，此時變壓器勵磁電流轉(zhuǎn)移到變壓器副邊繞組中，儲存在變壓器中的能量通過低通濾波 器W電流形式向電網(wǎng)供電。在電網(wǎng)電壓Ug為正時，S2導通，與第一二極管Dl相串聯(lián)的副邊繞 組工作，當Ug為負時，S3導通，與第二二極管D2相串聯(lián)的副邊繞組工作。然而運種模擬電路 與數(shù)字電路的接口設計非常復雜，而且易出現(xiàn)電平不匹配的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種有效提高輸出性能，可靠 性高的反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值電流數(shù)字控制系統(tǒng)。
[0007] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值電流數(shù)字控制系 統(tǒng)，包括最大功率點跟蹤模塊、鎖相環(huán)、乘法器、峰值電流計算模塊、第一脈沖發(fā)生器、第二 脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、第一比較器、RS觸發(fā)器、第二比較器和反相器；
[000引其中，光伏電池輸出電壓信號化Vf分別輸入到最大功率點跟蹤模塊的第一輸入端 和峰值電流計算模塊的第一輸入端，光伏電池輸出電流信號IPVf輸入到最大功率點跟蹤模 塊的第二輸入端，電網(wǎng)電壓信號Ugf分別輸入到鎖相環(huán)的輸入端、峰值電流計算模塊的第= 輸入端和第二比較器的正輸入端;最大功率點跟蹤模塊輸出端的輸出信號I*輸入到乘法器 的第一輸入端，鎖相環(huán)的輸出端信號U*輸入到乘法器的第二輸入端，乘法器的輸出信號iref 輸入到峰值電流計算模塊的第二輸入端;峰值電流計算模塊的輸出信號Upk輸入到第一比較 器的負輸入端;第一脈沖發(fā)生器的輸出端信號化Isl輸入到第二脈沖發(fā)生器的開始計數(shù)輸入 端和RS觸發(fā)器的S觸發(fā)端，第二脈沖發(fā)生器的輸出端信號Upls2輸入到計數(shù)器的計數(shù)輸入端， 計數(shù)器的輸出端信號Ucdu輸入到第一比較器的正輸入端，第一比較器的輸出端信號UR分別 輸入到RS觸發(fā)器的R復位端、第二脈沖發(fā)生器的停止計數(shù)輸入端和計數(shù)器的復位輸入端;RS 觸發(fā)器的輸出端信號USl作為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器中第一開關管的驅(qū)動信號;第二比較 器的負輸入端接0電平信號;第二比較器的輸出端信號US2輸入到反相器的輸入端，并作為反 激式光伏并網(wǎng)微逆變器中第二開關管的驅(qū)動信號;反相器的輸出端信號US3作為反激式光伏 并網(wǎng)微逆變器中第=開關管的驅(qū)動信號。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種采用上述反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值電流數(shù)字控制系 統(tǒng)的控制方法，包括W下步驟：
[0010] 步驟1:通過傳感器檢測得到反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的主電路中光伏電池輸出 電壓信號Upvf、光伏電池輸出電流信號Ipvf、電網(wǎng)電壓信號Ugf;
[0011] 步驟2:最大功率點跟蹤模塊根據(jù)光伏電池輸出電壓化Vf和輸出電流IPVf確定并網(wǎng) 電流的幅值，鎖相環(huán)根據(jù)電網(wǎng)電壓信號Ugf確定并網(wǎng)電流的相位；
[0012] 步驟3:乘法器將步驟2中獲得的并網(wǎng)電流的幅值和并網(wǎng)電流的相位合成并網(wǎng)電流 基準信號iref;
[0013] 步驟4:峰值電流計算模塊根據(jù)步驟3中獲得并網(wǎng)電流基準信號iref確定反激式光 伏并網(wǎng)逆變器中變壓器原邊峰值電流對應的數(shù)字信號Upk;
[0014] 步驟5:利用計數(shù)器模擬反激式光伏并網(wǎng)逆變器中變壓器原邊電流，將計數(shù)器模擬 的結(jié)果Ucdu與步驟4中得到的反激式光伏并網(wǎng)逆變器中變壓器原邊峰值電流對應的數(shù)字信 號Upk進行對比，根據(jù)對比結(jié)果控制反激式光伏并網(wǎng)微逆變器中的開關管，從而實現(xiàn)反激式 光伏并網(wǎng)微逆變器峰值電流數(shù)字控制。
[0015] 進一步，所述步驟5中的根據(jù)對比結(jié)果控制反激式光伏并網(wǎng)微逆變器中的開關管 的方法為:在第一脈沖發(fā)生器輸出信號化Isl的上升沿時啟動第二脈沖發(fā)生器輸出信號化ls2， 信號Upls2作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖，當計數(shù)器的輸出信號Ucou -旦大于反激電路變壓器原邊 峰值電流對應的數(shù)字信號Upk時，第一比較器輸出一個高電平脈沖信號UR，信號UR作為第二 脈沖發(fā)生器的停止信號和計數(shù)器的復位信號;反激式光伏并網(wǎng)逆變器中第一開關管的驅(qū)動 信號USl由RS觸發(fā)器確定，當?shù)谝幻}沖發(fā)生器輸出信號Uplsl上升沿時，信號USl為高電平，當信 號UR上升沿時，信號USl為低電平;反激式光伏并網(wǎng)逆變器中第二開關管的驅(qū)動信號US2和第 S開關管的驅(qū)動信號US3由電網(wǎng)電壓極性確定，當電網(wǎng)電壓為正時，信號US2為高電平，信號 US3為低電平；當電網(wǎng)電壓為負時，信號US3為高電平，信號US2為低電平。
[0016] 進一步，所述步驟4中反激式光伏并網(wǎng)逆變器中變壓器原邊峰值電流對應的數(shù)字 信號Upk通過公式
計算獲得，其中，Lm為反激式并網(wǎng)微逆變器中的變壓器原 邊自感，f S為開關管的開關頻率，fpls2為數(shù)字忍片的工作頻率。
[0017] 進一步，第一脈沖發(fā)生器輸出信號Uplsl的頻率確定了反激式光伏并網(wǎng)微逆變器中 開關管的頻率；第二脈沖發(fā)生器輸出端信號Upls2的頻率為數(shù)字控制中數(shù)字忍片的工作頻 率;第一脈沖發(fā)生器在整個工作過程內(nèi)都產(chǎn)生脈沖信號，第二脈沖發(fā)生器在第一脈沖發(fā)生 器輸出信號Uplsl的上升沿時開始輸出脈沖信號，在第一比較器輸出端信號UR上升沿時停止 輸出信號。
[0018] 工作原理:本發(fā)明主要通過光伏電池電壓、電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流基準值計算出反 激式光伏并網(wǎng)微逆變器峰值電流控制所需的峰值基準;利用計數(shù)器來模擬反激式光伏并網(wǎng) 微逆變器中變壓器原邊電流，通過比較器和RS觸發(fā)器實現(xiàn)反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值 電流的數(shù)字控制。
[0019] 有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅有效節(jié)省了成本，降低了系統(tǒng)的重量和體 積;而且有效提高了輸出性能，可靠性更高；同時有效解決了模擬電路與數(shù)字電路的接口設 計非常復雜的問題。本發(fā)明更加適應當今的控制發(fā)展方向。
【附圖說明】
[0020] 圖1為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的主電路；
[0021] 圖2為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的主要工作波形；
[0022] 圖3為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的數(shù)字控制方法框圖；
[0023] 圖4為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器在一個開關周期數(shù)字控制方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[00巧]實施例：
[0026] 如圖3所示，本發(fā)明提供了一種反激式光伏并網(wǎng)微逆變器的峰值電流數(shù)字控制系 統(tǒng)，包括最大功率點跟蹤模塊、鎖相環(huán)、乘法器、峰值電流計算模塊、第一脈沖發(fā)生器、第二 脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、第一比較器、RS觸發(fā)器、第二比較器和反相器；
[0027] 其中，光伏電池輸出電壓信號化Vf分別輸入到最大功率點跟蹤模塊的第一輸入端 和峰值電流計算模塊的第一輸入端，光伏電池輸出電流信號IPVf輸入到最大功率點跟蹤模 塊的第二輸入端，電網(wǎng)電壓信號Ugf分別輸入到鎖相環(huán)的輸入端、峰值電流計算模塊的第= 輸入端和第二比較器的正輸入端;最大功率點跟蹤模塊輸出端的輸出信號I*輸入到乘法器 的第一輸入端，鎖相環(huán)的輸出端信號U*輸入到乘法器的第二輸入端，乘法器的輸出信號iref 輸入到峰值電流計算模塊的第二輸入端;峰值電流計算模塊的輸出信號Upk輸入到第一比較 器的負輸入端;第一脈沖發(fā)生器的輸出端信號化Isl輸入到第二脈沖發(fā)生器的開始計數(shù)輸入 端和RS觸發(fā)器的S觸發(fā)端，第二脈沖發(fā)生器的輸出端信號Upls2輸入到計數(shù)器的計數(shù)輸入端， 計數(shù)器的輸出端信號Ucdu輸入到第一比較器的正輸入端，第一比較器的輸出端信號UR分別 輸入到RS觸發(fā)器的R復位端、第二脈沖發(fā)生器的停止計數(shù)輸入端和計數(shù)器的復位輸入端;RS 觸發(fā)器的輸出端信號USl作為反激式光伏并網(wǎng)微逆變器中第一開關管的驅(qū)動信號;第二比較 器的負輸入端接O電平信號;第二比較器的輸出端信號US2輸入到反相器的輸入端，并作為反 激式光伏并網(wǎng)微逆變器中第二開關管的驅(qū)動信號;反相器的輸出端信號US3作為反激式光伏 并網(wǎng)微逆變器中第=開關管的驅(qū)動信號。
[0028]根據(jù)光伏