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专利号: 2019112511392
申请人: 华东交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,所述微逆变器交流侧功率耦合系统包括六个开关管S1-S6、六个二极管D1-D6、耦合电容Cd及电感Ld;S1和D1,S2和D2,S3和D3,S4和D4,S5和D5及S6和D6反并联连接;

S1的集电极,S3的集电极与Uinv-相连接;

S2的集电极,S4的集电极与Uinv+相连接;

S1的发射极,S2的发射极与耦合电容的一端相连接;

S3的发射极,S5的集电极与耦合电感的一端相连接;

S4的发射极,S6的集电极与耦合电感的另外一端相连;

S5的发射极,S6的发射极与耦合电容的另一端相连接;

所述微逆变器交流侧功率耦合系统的控制方法包括:

通过对开关管通断的控制,调节电感Ld的相对位置,使等效电路改变,实现能量的缓冲;

具体控制公式为:

式中,R1,R2对解耦电路的工作模式进行划分;R1表示电网电压极性,R1=0表示电网电压处于正半周,执行模式1与模式2;否则,R1=1表示电网电压处于负半周,执行模式3与模式

4;R2为两倍工频脉动功率的极性,当R2=0时,微逆变器交流侧功率耦合系统吸收能量,执行模式1与模式3;否则,当R2=1时,微逆变器交流侧功率耦合系统释放能量,执行模式2与模式4;开关状态为1/0表示,开关受PEM驱动信号控制;

以上式子中S1-S6为控制6个开关管通断的控制信号,该6路控制信号之间的逻辑时序关系可由逻辑变量R1和R2的代数式表达,R1和R2的取值仅为“0”和“1”,R1表示电网电压的极性,R1=0表示电网电压处于正半周,执行模式1与模式2;否则,R1=1表示电网电压处于负半周,执行模式3与模式4;R2表示吸收和释放能量的状态,当R2=0时,微逆变器交流侧功率耦合系统吸收能量,执行模式1与模式3;否则,当R2=1时,微逆变器交流侧功率耦合系统释放能量,执行模式2与模式4;

R1、R2、PEM分别为不同频率范围的时序段,其中R1为50Hz时序段,R2为100Hz时序段,PEM为20kHz时序段;

R1为50Hz的工频正弦信号,R2为100Hz的两倍工频的正弦信号;

变量PEM为功率解耦电路开关管的高频脉冲驱动信号,频率为20kHz,所述变量PEM由系统瞬时解耦功率决定,脉冲宽度通过解耦电感给定值idref计算所得。

2.如权利要求1所述的微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,所述微逆变器交流侧功率耦合系统并联于微逆变器的交流输出侧。

3.如权利要求1所述微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于:模式1:逆变器VO>0,微逆变器交流侧功率耦合系统吸收能量;

模式2:逆变器VO>0,微逆变器交流侧功率耦合系统释放能量;

模式3:逆变器VO<0,微逆变器交流侧功率耦合系统吸收能量;

模式4:逆变器VO<0,微逆变器交流侧功率耦合系统释放能量;

如果微逆变器交流侧功率耦合系统通过电感实现与逆变器的能量和电流连接,通过电容器实现相应能量的存储和释放,耦合电容电压Ud为直流电压,耦合电感上电流为交流电流,当解耦电路吸收能量时,耦合电容电压Ud上升,定义此时耦合电感上的电流为正向流动;当解耦电路释放能量时,耦合电容电压下降,此时耦合电感上的电流为反向流动。

4.如权利要求1所述微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,通过对开关管通断的控制,使等效电路改变,具体包括:工作模式1,当Ugrid>0,PI>PO时,S1常通,S2,S3,S5,S6断开,S4作为主控开关受PEM信号控制;解耦电容Cd存储能量,电压上升;S4开通时,电流id流通路径为Uinv+、S4、Ld、D3、Uinv-;

S4断开时,电流id流通路径为Ld、D3、S1、Cd、D6、Ld;

工作模式2,当Ugrid>0,PI

S6断开时,电流id流通路径为Uinv-、S3、Ld、D4、Uinv+;

工作模式3,当Ugrid<0,PI>PO时,S2常通,S1,S6,S4,S5断开,S3作为主控开关受PEM信号控制;解耦电容Cd吸收能量,电压上升;

S3开通时,电流id流通路径为Uinv+、S3、Ld、D4、Uinv-;

S3断开时,电流id流通路径为Ld、D4、S2、Cd、D2、Ld;

工作模式4,当Ugrid<0,PI

S5开通时,电流id流通路径为Cd+、D2、S4、Ld、S2、Cd-;

S5断开时,电流id流通路径为Uinv-、S4、Ld、D3、Uinv+;

其中,Uinv是逆变器输出电压,Ugrid为电网电压值,PI为直流侧输入功率,PO为交流输出侧功率。

5.如权利要求1所述微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,对开关管通断的控制中,通过不同工作模式下的功率耦合关系得出控制模型,确定相应开关器件的开通时刻;同时通过单个开关周期内,电路需处理的脉动功率,求出对应的每个开关的开通时间。

6.如权利要求5所述微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,通过不同工作模式下的功率耦合关系得出控制模型,确定相应开关器件的开通时刻的方法包括:光伏组件的输出功率Ppv,功率因数角θ在理想条件下为零;

Pac=Ppv-Ppvcos(2ωt+θ)                (2);

每个开关周期内,解耦电路处理的平均功率为:

Ppd=PpvTscos(2ωt)                   (3);

式中逆变器的等效开关周期为Ts,逆变器输出电压Uinv,并网电流idref,即解耦电感电流给定值,解耦电感电流瞬时值id,在单个开关周期内,令DTs=t2-t1,得PEM驱动信号的脉宽,PEM信号由idref决定。

7.如权利要求6所述微逆变器交流侧功率耦合系统,其特征在于,idref的计算方法包括:工作模式1:等效电路为Buck-Boost,id以顺时针流向为正方向4,t1~t2时段,开关管S4导通,则解耦电路的输入功率为:式中,Uin是逆变器输出电压Uinv的幅值;

t2~t3时段,S4关断:

得到解耦电路的输入功率;

联立上式(3)、(4)、(5)、(6)得到

模式2:等效电路为Buck-Boost,t1~t2时段,开关管S6导通t2~t3时段,S6关断:

得到微逆变器交流侧功率耦合系统解耦电感电流的给定值,联立(3)、(4)、(8)、(9)得到模式3:等效电路为Buck-Boost,工作于升压状态,t1~t2时段,开关管S3导通t2~t3时段,S3关断得到微逆变器交流侧功率耦合系统的输入功率,联立(3)、(6)、(11)、(12)得到模式4:等效电路为Buck-Boost,工作于降压状态,t1~t2时段,开关管S5导通t2~t3时段,S5关断可以得到微逆变器交流侧功率耦合系统的输入功率,联立(3)、(6)、(14)、(15)得到