[發(fā)明專利]一種雙buck并網逆變器半周期電流畸變抑制系統及其方法

有效

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• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107196491B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 呂林娜;肖嵐
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02M7/537
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐紹焜

本發(fā)明公開了一種雙buck并網逆變器半周期工作電流畸變抑制系統及其方法，本發(fā)明通過對雙buck拓撲中buck單元半周期工作狀態(tài)的分析，確立buck單元工作在電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式的不同區(qū)間，并建立電流連續(xù)和斷續(xù)模式切換時刻和進網電流幅值的對應關系。在電流斷續(xù)模式下，根據buck單元電壓增益和占空比之間的非線性關系，對電流環(huán)調節(jié)器輸出進行調制波等效線性化的修正，使調節(jié)器輸出到橋臂電壓的增益和電流連續(xù)時保持一致。本發(fā)明通過減小占空比減小電流紋波及電流導通時間，避免了傳統控制中因為電感電流紋波帶來的電流畸變問題，使半周期工作的雙buck逆變器不僅高效可靠，同時實現進網電流低諧波，更有利于雙buck拓撲應用在并網逆變器中。

技術領域

本發(fā)明涉及DC-AC并網變換器技術領域，具體涉及一種應用于雙buck并網逆變器中的半周期電流過零畸變抑制系統及其方法。

背景技術

全球能源消耗呈逐年遞增趨勢，傳統化石能源日益枯竭，同時帶來嚴重的環(huán)境污染問題，新能源發(fā)電成為解決這一問題的重要途徑。風能、太陽能等新能源依托的分布式發(fā)電系統在交流電網中占據越來越重要的地位。新能源具有分散性、分時性、區(qū)域性、受自然條件影響較大等特點，以新能源發(fā)電為主體、和大電網交互的微電網結構近年來引起了廣泛關注。作為分布式發(fā)電和電網及負載間的關鍵接口，DC-AC并網逆變器的研究具有重要意義。

傳統的橋式逆變器拓撲中橋臂開關管直接串聯在直流母線上，考慮到開關管開通關斷時間以及驅動延遲等，橋臂上下開關管存在直通的隱患，使直流側短路，損壞開關管。為了避免直通通常會在互補開通的橋臂上下管驅動信號之間加入死區(qū)，死區(qū)時間受功率管開關速度及驅動延遲的影響。死區(qū)時間內由二極管進行續(xù)流，會影響正負電壓脈沖的分配，在輸出的橋臂電壓中引入基波誤差和低頻諧波，同時也會影響進網電流質量。橋臂開關管采用IGBT時，因為IGBT器件本身結構不存在體二極管，需要額外反并二極管流過反向電流。橋臂開關管采用MOSFET時，死區(qū)時間內電流流過體二極管，體二極管特性一般較差，其反向恢復等問題會帶來損耗增加等問題。

雙buck拓撲作為傳統橋式拓撲的一種可替代拓撲，每一相由正負兩個buck單元組合而成，具備功率雙向流動的能力。正負buck單元都是由開關管、二極管、電感構成的三端結構，并在三個端點側相連。開關管和二極管串聯在直流母線上，其中二極管反向連接從而阻斷直通回路，電感連接到開關管和二極管橋臂的中點并引出。雙buck拓撲中每相的正負buck單元分別工作于電流正負半周，不存在橋臂開關管直通問題，和傳統橋式拓撲相比具有更高的可靠性。而且和采用IGBT的傳統橋式拓撲相比，開關器件的數量沒有增加。

對于傳統橋式拓撲，橋臂輸出電流即橋臂側電感電流在整個區(qū)間內工作在電流連續(xù)模式，當電流在一個開關周期內的平均值方向發(fā)生改變時，因為紋波電流的存在，在電流平均值絕對值小于電流紋波一半的開關周期內，橋臂電流既有電流為正的階段也有電流為負的階段。而對于雙buck拓撲，因為二極管的存在，正/負buck單元僅能流過單向電流，當其分時工作于電流正負半周時，輸出的橋臂電流在一個開關周期內的平均值絕對值的最小值即為紋波電流的一半。當采用雙極性調制策略時，在電流過零附近橋臂開關管占空比為0.5左右，此時的電流紋波最大，橋臂輸出電流在一個開關周期內的平均值不可能減小到零。在電流基準值絕對值小于紋波電流一半的階段內，橋臂輸出電流不能按基準電流變化，即出現半周期電流過零畸變。三相電流互相耦合，一相電流過零時刻發(fā)生畸變在其他相也會出現電流畸變，每個周期電流將出現6次畸變。

橋臂輸出電流畸變會在網側電流中引入畸變，增大進網電流的總諧波含量，增大濾波器尺寸。電流畸變還會導致電流有效值變大，增加了開關器件和磁性器件的損耗。因此，抑制半周期電流過零畸變是將雙buck拓撲應用于DC-AC并網變換器所需解決的重要問題。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明所解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供一種抑制雙buck拓撲半周期工作電流過零畸變的系統及其控制方法，提高雙buck拓撲應用于DC-AC并網變換器時輸出性能和工作效率。