一种双输入光伏逆变器及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种光伏逆变器及其控制方法，尤其涉及一种双输入光伏逆变器及其控制方法，属于电力电子变换及直流供电系统领域。


背景技术：

2.作为光伏组件与电网或负载的接口，逆变器是光伏发电系统能量转换与控制的核心设备，其将光伏电池输出的直流电变换成符合要求的交流电，发挥着不可替代的重要作用，其性能指标优劣直接影响整个光伏发电系统的效率和可靠性。
3.根据逆变有无隔离变压器，光伏逆变器可分为隔离型和非隔离型两大类。隔离型光伏逆变器通过工频变压器或者高频变压器实现输入与输出的电气隔离，提高了系统的安全性，但工频变压器体积较大，高频变压器设计复杂，且多级功率变换会造成系统效率降低，因此大量学者将目光转向对非隔离型光伏逆变器的研究。
4.非隔离型光伏逆变器具有结构简单，体积较小，转换效率高等优点，主要分为单级型和多级型两类，但由于光伏阵列与地之间存在较大分布电容，非隔离型光伏逆变器面临系统共模电压高、共模电流大的难题，会产生严重的共模电磁干扰，造成输出电流畸变、传导损耗增加，甚至威胁人身安全。因此，非隔离性光伏逆变器历来是国内外学术界和产业界的研究热点。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种双输入光伏逆变器及其控制方法。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种双输入光伏逆变器，包括第一输入直流源和第二输入直流源，所述第一输入直流源和第二输入直流源经由开关电路交错控制后，通过电感、输出电容和电网相连。
8.进一步地，所述第一输入直流源的正端连于第一输入电容的一端、第一开关管的漏极和第三开关管的漏极，所述第一输入直流源的负端连于第一输入电容的另一端、第二开关管的源极和第四开关管的源极，第一开关管的源极、第二开关管的漏极、输出电容的一端和电网的一端连于a1点，第三开关管的源极、第四开关管的漏极和电感的一端连于点a2；所述第二输入直流源正端连于第二输入电容的一端、第五开关管的漏极和第七开关管的漏极；所述第二输入直流源的负端连于第二输入电容的另一端、第六开关管的源极和第八开关管的源极，第五开关管的源极、第六开关管的漏极、输出电容的另一端和电网的另一端连于b1点，第七开关管的源极、第八开关管的漏极和电感的另一端连于点b2。
9.上述双输入光伏逆变器的控制方法如下：所述第一开关管、第二开关管、第五开关管和第六开关管工作在低频且开关频率相等，第三开关管、第四开关管、第七开关管和第八开关管工作在高频且开关频率相等，第一开关管和第六开关管同时开通、同时关断，第二开关管和第五开关管同时开通、同时关断，第一开关管和第二开关管互补导通，第五开关管和第六开关管互补导通，第三开关管和第八开关管的占空比相等且移相180度导通，第四开关
管和第七开关管的占空比相等且移相180度导通，第三开关管和第四开关管互补导通，第七开关管和第八开关管互补导通。
10.进一步地，所述低频为电网电压频率。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
12.1、适应双源光伏输入场合，输出电压幅值高；
13.2、非隔离逆变和单电感结构，体积小，转换效率高；
14.3、具备共模抑制能力；
15.4、两级逆变，开关管电压应力是单级逆变器的一半，更适合应用到中高压场合；
16.5、两级交错控制，电感电流纹波小；电感电流纹波频率为单级开关频率的两倍，相同电感电流纹波情况下，电感值可以减小50％，有利于降低电感体积，提高功率密度。
附图说明
17.图1是本发明双输入光伏逆变器的电路结构图；
18.图2是本发明双输入光伏逆变器的等效噪声模型图；
19.图3(a)是本发明双输入光伏逆变器的高频噪声分析图，图3(b)是本发明双输入光伏逆变器的低频噪声分析图；
20.图4是本发明双输入光伏逆变器的控制方式图；
21.以上附图中的符号名称：v
in1
、v
in2
分别是第一、第二输入直流源；c
in1
、c
in2
分别是第一、第二输入电容；s
a1
、s
a2
、s
a3
、s
a4
、s
b1
、s
b2
、s
b3
、s
b4
分别是第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八开关管；a1、b1分别是第一、第二低频桥臂中点；a2、b2分别是第一、第二高频桥臂中点；o1、o2分别是第一、第二输入直流源的地；lb是电感；co是输出电容；vo是电网；v
a1o1
、v
a2o1
、v
b1o2
、v
b2o2
分别是第一、第二、第三、第四等效噪声源；c
g1
、c
g2
分别是第一、第二输入直流源的对地电容；c
ga2
、c
gb2
分别是第一、第二高频桥臂中点的对地电容；i
a2
、i
b2
分别是第一、第二高频噪声电流；i
cm1
、i
cm2
分别是第一、第二低频共模噪声电流；vs是调制波；v
c1
、v
c2
分别是第一、第二高频载波。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
23.请参见图1，本发明提供的双输入光伏逆变器，它包括两个输入直流源、八个开关管、三个电容和一个电感。第一输入直流源v
in1
的正端连于第一输入电容c
in1
的一端、第一开关管s
a1
的漏极和第三开关管s
a3
的漏极，第一输入直流源v
in1
的负端连于第一输入电容c
in1
的另一端、第二开关管s
a2
的源极和第四开关管s
a4
的源极，第一开关管s
a1
的源极、第二开关管s
a2
的漏极、输出电容co的一端和电网vo的一端连于a1点，第三开关管s
a3
的源极、第四开关管s
a4
的漏极和电感lb的一端连于点a2；第二输入直流源v
in2
的正端连于第二输入电容c
in2
的一端、第五开关管s
b1
的漏极和第七开关管s
b3
的漏极；第二输入直流源v
in2
的负端连于第二输入电容c
in2
的另一端、第六开关管s
b2
的源极和第八开关管s
b4
的源极，第五开关管s
b1
的源极、第六开关管s
b2
的漏极、输出电容co的另一端和电网vo的另一端连于b1点，第七开关管s
b3
的源极、第八开关管s
b4
的漏极和电感lb的另一端连于点b2。
24.本发明提供的双输入光伏逆变器的等效噪声模型如图2所示。由于点a1和点o1、点
a2和点o1、点b1和点o2、点b2和点o2两端电压时刻发生变化，因此可分别等效为v
a1o1
、v
a2o1
、v
b2o2
和v
b1o2
四个噪声源，点a1和点b1位于电网(vo)两端，电位变化缓慢，对地电容影响可忽略，c
g1
、c
g2
分别是第一输入直流源(v
in1
)和第二输入直流源(v
in2
)的对地电容，c
ga2
、c
gb2
分别是点a2和点b2的对地电容，输入电容c
in1
、c
in2
和输出电容co一般情况下值较大，在分析噪声时可视为短路。
25.本发明提供的双输入光伏逆变器的噪声分析图如图3所示。由于第一开关管s
a1
、第二开关管s
a2
、第五开关管s
b1
和第六开关管s
b2
工作在低频(电网电压频率，工频50hz)，因此噪声源v
a1o1
、v
b1o2
为低频噪声源，由于第三开关管s
a3
、第四开关管s
a4
、第七开关管s
b3
和第八开关管s
b4
工作在高频(大于电网电压频率的任意值)，因此噪声源v
a2o1
、v
b2o2
为高频噪声源。利用叠加定理对噪声进行分析，图3(a)是高频噪声分析图，只考虑高频噪声时，噪声源v
a1o1
、v
b1o2
可视为短路，高频噪声i
a2
、i
b2
通过对地电容c
ga2
、c
gb2
形成，不经过输入对地电容c
g1
、c
g2
，因此不产生共模噪声影响；图3(b)是低频噪声分析图，只考虑低频噪声时，v
a2o1
、v
b2o2
可视为短路，低频噪声可通过输入对地电容c
g1
、c
g2
产生，形成共模电流i
cm1
、i
cm2
，但由于低频为工频50hz，远低于共模噪声最低测量值150khz，因此产生的低频共模电流影响可忽略。
26.本发明提供的双输入光伏逆变器的控制方式如图4所示。vs是调制波，v
c1
、v
c2
是高频载波。当调制波vs值为正时，第一开关管s
a1
和第六开关管s
b2
开通，第二开关管s
a2
和第五开关管s
b1
关断，第一等效噪声源v
a1o1
电压为正，第三等效噪声源v
b1o2
电压为零；当调制波vs值为负时，第一开关管s
a1
和第六开关管s
b2
关断，第二开关管s
a2
和第五开关管s
b1
开通，第一等效噪声源v
a1o1
电压为零，第三等效噪声源v
b1o2
电压为正；当调制波vs值大于第一高频载波v
c1
时，第三开关管s
a3
关断，第四开关管s
a4
开通，第二等效噪声源v
a2o1
电压为零，当调制波vs值小于第一高频载波v
c1
时，第三开关管s
a3
开通，第四开关管s
a4
关断，第二等效噪声源v
a2o1
电压为正；当调制波vs值大于第二高频载波v
c2
时，第七开关管s
b3
开通，第八开关管s
b4
关断，第四等效噪声源v
b2o2
电压为正，当调制波vs值小于第二高频载波v
c2
时，第七开关管s
b3
关断，第八开关管s
b4
开通，第四等效噪声源v
b2o2
电压为零。通过控制高频载波v
c1
、v
c2
相位交错180度，电感电流i
lb
脉动频率较大，纹波较小，有利于降低电感lb的设计体积，增大系统功率密度。