[發明專利]一種基于混合控制的雙模光伏逆變器電路系統

有效

• 申請號: 202010764384.X
• 申請日: 2020-08-02
• 公開（公告）號: CN111934578B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 劉綱;尹力;萬文軒;張鐘毓;陳洪勝;肖思昌;陳錦立
• 申請（專利權）人: 國網湖北省電力有限公司武漢供電公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M3/156;H02M1/088
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張艷

本發明公開了一種基于混合控制的雙模光伏逆變器電路，屬于電力電子技術領域。該光伏逆變器電路采用Boost電路與全橋電路級聯的拓撲架構，通過實時判斷直流輸入電壓與正弦輸出電壓之間的大小關系，讓Boost電路與全橋電路分別工作在工頻交流周期內的不同時段，即整個光伏逆變器電路工作在兩種不同的模態。這種分時雙模工作方式可以減少可觀的開關損耗和部分導通損耗，顯著提升轉換效率和降低散熱要求。同時，由于中間直流母線電壓的平均值增大，因此對母線電容的容量和尺寸要求都明顯降低，從而可以采用小型膜薄電容來替代傳統的大尺寸電解電容，不僅提高了光伏逆變器的功率密度，在可靠性和壽命方面也有明顯改善。

技術領域

本發明涉及一種基于混合控制的雙模光伏逆變器電路系統，屬于電力電子技術領域。

背景技術

進入21世紀以來，為了更好地應對日益增加的能源需求和保護生態環境，人們越來越多地利用各種可再生能源來替代傳統化石燃料。其中，太陽能由于取之不盡的特點，被認為是未來最主要的新能源。根據國際能源署的數據，2018年全球光富新增裝機容量83GW，并預測至2023年將達到111GW。但是對電網而言，分布式電源具有不穩定性，往往需要通過高性能電力電子裝置接入。

對于太陽能的離網或并網應用，光伏逆變器是系統中的核心部件。受到光照、溫度、遮擋物等多重因素的影響，光伏板的輸出電壓通常變化范圍較大。因此，目前較為流行的光伏逆變器往往先將光伏板輸出電壓通過具有升壓功能的電路抬升后再經過后級DC/AC電路完成逆變功能。在這種架構中，前后級電路通常始終同時工作在高頻狀態，相關開關損耗較高。為了改善這個問題，發展了后級DC/AC電路部分的軟開關技術，使得轉換效率得以提升，但電路結構變得更加復雜，相應控制難度也顯著增加。從控制器設計的角度看，逆光伏變器后級DC/AC部分大多采用PID控制。這種控制策略由于直接采樣逆變器輸出進行閉環控制，因此對負載擾動有較好的抑制能力。但是，對輸入側擾動的響應通常較慢，原因在于輸入側變動需要傳導到輸出側后才能被PID控制器所調節。為了改善輸入擾動抑制效果，將單周期控制方法應用于光伏逆變器，使其能在一個周期內完成對輸入變化的跟蹤，具有極快的輸入側動態響應。然后，由于這種方法本質上屬于前饋控制，并沒有對輸出量進行采樣和閉環控制，因此負載調整率較差。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于混合控制的雙模光伏逆變器電路系統，其具體技術方案如下：

一種基于混合控制的雙模光伏逆變器電路系統，包括Boost電路和橋式電路相級聯的電路拓撲架構，在一個工頻交流周期內Boost電路和橋式電路各自分時工作，整個光伏逆變器電路具有雙重模態，采用單周期控制和PID控制相結合的混合控制器對光伏逆變器主電路進行控制。

進一步的，所述Boost電路包括輸入側電壓Vin，所述輸入側電壓Vin正極性端連接一個電感L1，電感L1的另一端連接一個功率二極管D7，同時連接一個可控功率開關管S1，功率二極管D7的另一端連接輸出側電容C1的正極性端，可控功率開關管S1的另一端連接電路參考地，輸入側電壓Vin正極性端連接旁路二極管D6的陽極，旁路二極管D6的陰極連接輸出側電容C1的正極性端，輸出側電容C1的負極性端和可控功率開關管S1均連接到輸入側電壓Vin負極性端。

進一步的，所述橋式電路包括串聯的可控功率開關管S2和可控功率開關管S3、串聯的可控功率開關管S4和可控功率開關管S5，所述串聯的可控功率開關管S2和可控功率開關管S3、串聯的可控功率開關管S4和可控功率開關管S5均并聯在輸出側電容C1的兩端，所述可控功率開關管S2和可控功率開關管S3之間的連接線連接有電感L2的一端，該端連接有電壓Vf采樣點，電感L2的另一端連接負載，該端連接電壓Vout采樣點，同時連接電容C2的一端，所述可控功率開關管S4和可控功率開關管S5的連接線連接到電容C2和負載的另一端。

進一步的，所述可控功率開關管S1、S2、S3、S4、S5依次并聯有二極管D1、D2、D3、D4、D5。