一种微型逆变器、光伏系统及控制方法与流程

1.本技术涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种微型逆变器、光伏系统及控制方法。


背景技术：

2.随着光伏发电的不断成熟，目前光伏发电越来越多被应用于家庭，即户用。随着户用光伏系统的发展，目前户用逆变器也越来越小，出现了微型逆变器。
3.但是由于微型逆变器输出端电容的存在，当电网电压作用在电容上时会在电容上产生无功电流，该无功电流会对实际电网电流产生较大影响。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种微型逆变器、光伏系统及控制方法，能够减轻无功电流对于电网电流的影响。
5.本技术提供一种微型逆变器，包括：控制器、原边h桥、变压器、双向开关桥臂和电容桥臂；
6.原边h桥的输入端连接直流电源；原边h桥的输出两端分别连接变压器的原边侧的两端，变压器的副边侧的两端分别连接双向开关桥臂的中点和电容桥臂的中点；双向开关桥臂和电容桥臂并联；
7.控制器，用于根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，将无功电流叠加到电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，内移相角为原边h桥的两个桥臂之间的移相角，外移相角为原边h桥与双向开关桥臂的之间的移相角。
8.优选地，微型逆变器包括一个原边h桥，原边h桥的输入端用于连接光伏组件，电流给定值为光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。
9.优选地，微型逆变器包括n个原边h桥和n个变压器，n个变压器共用双向开关桥臂和电容桥臂；n为大于等于1的整数，每个原边h桥的输入端用于连接对应的光伏组件，每个光伏组件对应一个电流给定值，电流给定值为对应光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值；
10.控制器，具体用于将无功电流除以m得到无功电流平均值，m为小于等于n的整数，将无功电流平均值叠加到能量传输的每个光伏组件对应的电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生对应的内移相角和外移相角。
11.优选地，控制器，具体用于根据电网电压的d轴分量、电网电压的角频率、逆变器输出端等效电容和电网角度的余弦值获得无功电流。
12.优选地，电网电压的d轴分量和电网电压的角频率由锁相环得到。
13.优选地，变压器包括原边绕组和副边绕组；
14.双向开关桥臂的上半桥臂包括串联的第一开关管和第二开关管，双向开关桥臂的下半桥臂包括串联的第三开关管和第四开关管；
15.电容桥臂的上半桥臂包括至少一个电容，电容桥臂的下半桥臂包括至少一个电容。
16.本技术还提供一种光伏系统，包括光伏组件和以上介绍的微型逆变器；
17.微型逆变器的输入端连接光伏组件；光伏组件为一个或多个。
18.本技术还提供一种微型逆变器的控制方法，微型逆变器包括：原边h桥、变压器、双向开关桥臂和电容桥臂；原边h桥的输入端连接直流电源；原边h桥的输出两端分别连接变压器的原边侧的两端，变压器的副边侧的两端分别连接双向开关桥臂的中点和电容桥臂的中点；双向开关桥臂和电容桥臂并联；
19.该控制方法包括：根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流；将无功电流叠加到电流给定值中；利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，内移相角为原边h桥的两个桥臂之间的移相角，外移相角为原边h桥与双向开关桥臂的之间的移相角。
20.优选地，微型逆变器包括一个原边h桥，原边h桥的输入端用于连接光伏组件，电流给定值为光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。
21.优选地，微型逆变器包括n个原边h桥和n个变压器，n个变压器共用双向开关桥臂和电容桥臂；n为大于等于1的整数，每个原边h桥的输入端用于连接对应的光伏组件，每个光伏组件对应一个电流给定值，电流给定值为对应光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值；
22.将无功电流叠加到电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，具体包括：将无功电流除以m得到无功电流平均值，m为小于等于n的整数，将无功电流平均值叠加到能量传输的每个光伏组件对应的电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生对应的内移相角和外移相角。
23.优选地，根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，具体包括：根据电网电压的d轴分量、电网电压的角频率、逆变器输出端等效电容和电网角度的余弦值获得无功电流。
24.优选地，电网电压的d轴分量和电网电压的角频率由锁相环得到。
25.由此可见，本技术具有如下有益效果：
26.本技术提供的微型逆变器，考虑逆变器输出端等效电容产生的无功电流的影响，该无功电流将影响并网电流的质量。因此，本技术对该无功电流进行补偿，利用电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，将所述无功电流叠加到电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，这样可以降低无功电流对于并网电流的影响。提前将无功电流补偿到了前馈控制的电流给定值中，从而提高并网电流的质量。
附图说明
27.图1为本技术实施例提供的一种微型逆变器的示意图；
28.图2为本技术实施例提供的一种微型逆变器的电路图；
29.图3为本技术实施例提供的另一种微型逆变器的电路图；
30.图4为本技术实施例提供的微型逆变器的控制原理图；
31.图5为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图。
具体实施方式
32.为了使本领域技术人员更好地理解本技术实时汇率提供的技术方案，下面先介绍微型逆变器，本技术以微型逆变器应用于户用光伏为例进行介绍。
33.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种微型逆变器的示意图。
34.微型逆变器为隔离型的逆变器，包括变压器，可以实现原边侧和副边侧的隔离。微型逆变器具体包括原边h桥101、变压器t、双向开关桥臂和电容桥臂102；其中变压器t除了包括原边绕组和副边绕组以外，还包括电感l。
35.原边h桥101的输入端连接直流电源，直流电源可以为光伏组件，也可以为电池，本技术中以直流电源为光伏组件为例进行介绍；原边h桥101的输出两端分别连接变压器t的原边侧的两端，变压器t的副边侧的两端分别连接双向开关桥臂的中点和电容桥臂的中点；双向开关桥臂和电容桥臂102并联。
36.参见图2，该图为一种微型逆变器的电路图。
37.如图2所示，原边h桥包括四个开关管：s1-s4。其中，s1和s2串联形成第一逆变桥臂，s3和s4串联形成第二逆变桥臂，s1和s2的公共端作为原边h桥的第一输出端，s3和s4的公共端作为原边h桥的第二输出端，即输出电压为vp，输出电流为ip。变压器的原边绕组和副边绕组的匝比为1：n。其中lm为变压器t的励磁电感，lk为变压器t的漏感。变压器t的输出电流为is。变压器t的副边侧电压为vs。
38.双向开关桥臂的上半桥臂包括串联的第一开关管s5和第二开关管s6，双向开关桥臂的下半桥臂包括串联的第三开关管s3和第四开关管s4。在电网电压大于零时，副边开关管工作在模式一：s5和s7作为高频管，进行高频斩波，s6和s8直通；当电网电压小于零时，副边开关管工作在模式二：s6和s8为高频管，进行高频斩波，s5和s7直通。
39.电容桥臂的上半桥臂包括至少一个电容，电容桥臂的下半桥臂包括至少一个电容。本实施例电容桥臂的上半桥臂包括c1，下半桥臂包括c2为例进行介绍。
40.该微型逆变器，通过控制变压器的原边桥臂和副边桥臂之间的外移相角，及原边原边h桥的两个桥臂之间的内移相角，可以实现单级并网功能。该微型逆变器存在两个自由度，即：原边两个桥臂之间的内移相角d1、原边桥臂和副边桥臂之间的外移相角d2，通过控制d1和d2可以实现能量的传输。其中d1定义为s4管滞后s1管的角度，d2定义为s5(s8)管滞后s1管的角度。
41.另外，该微型逆变器的输出端还可以包括emi滤波器电路，滤除干扰信号，为并网提供高质量的并网电流，ig为该微型逆变器的输出电流，或并网电流。
42.图2介绍的微型逆变器，变压器为一个，对应一路pv输入，应该理解，一路pv输入可以为一个光伏组件。另外，本技术实施例提供的微型逆变器还可以包括多路pv输入，对应多个变压器和多个原边h桥，下面结合附图进行详细介绍。
43.参见图3，该图为另一种微型逆变器的电路图。
44.本实施例提供的微型逆变器包括n个原边h桥和n个变压器，n个变压器共用双向开关桥臂和电容桥臂；n为大于等于1的整数，本技术实施例不做具体限定，为了方便介绍，本实施例中以n为2进行介绍。
45.如图3所示，该微型逆变器包括2个原边h桥，2个变压器，连接关系参见图2的介绍，在此不再赘述。其中逆变器的副边输出端并联在一起，共用双向开关桥臂和电容桥臂。
46.由于采用内移相角和外移相角的控制，为了保证在一个开关周期内变压器的副边电压基本维持不变，则需要副边桥臂的电容c1和c2的容值较大，如8uf。当电网电压作用在电容c1和c2上时，则会在电容上产生无功电流。
47.无功电流会对实际的并网电流产生较大影响，在未加入闭环时，会使得实际并网电流的相位超前，即便加入电流闭环控制，无功电流也会对闭环控制产生不利影响。
48.因此，本技术为了解决上述问题，提供了一种无功补偿方法，降低无功电流对于实际并网电流的影响。
49.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
50.参见图4，该图为本技术实施例提供的微型逆变器的控制原理图。
51.本实施例提供的微型逆变器，包括：控制器(图中未示出)、原边h桥、变压器、双向开关桥臂和电容桥臂；具体的联系关系可以参见图1和图2，在此不再赘述。
52.控制器，用于根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，将无功电流叠加到电流给定值i
g,ref
中，利用叠加后的电流i
g,trans
作为新的电流给定值来产生内移相角d1和外移相角d2，内移相角d1为原边h桥的两个桥臂之间的移相角，外移相角d2为原边h桥与双向开关桥臂的之间的移相角。
53.电流给定值i
g,ref
为光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。如图所示，mppt和电压环获得电流给定值的幅值im，ig,ref为im的余弦值，即im与sinθ的乘积。
54.其中，控制器，具体用于根据电网电压的d轴分量、电网电压的角频率、逆变器输出端等效电容和电网角度的余弦值获得无功电流。具体可以参考以下公式：
55.i
g,q
＝ω
acvdceq cosθ
56.其中，i
g,q
中为无功电流，vd为电网电压的d轴分量，c
eq
为逆变器输出端等效电容，即为从逆变器输出端看进去的等效电容；θ为电网角度。ω
ac
为电网电压的角频率。
57.电网电压的d轴分量和电网电压的角频率由锁相环pll得到。
58.应该理解，对于图2所示的微型逆变器，由于输入端仅连接一路pv，因此，将无功电流补偿到该路pv的电流给定值即可。即微型逆变器包括一个原边h桥，原边h桥的输入端用于连接光伏组件，电流给定值为光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。
59.当微型逆变器包括如图3所示的多路pv时，需要判断各路的工作情况，当仅存在一路pv传输能量时，可以将无功电流补偿到该路pv中。当多路pv均传输能量时，可以均匀将无功电流补偿到各路中，从而避免所有无功功率补偿到单路中造成多路控制不一致的情况，减小无功补偿对于控制的影响。即微型逆变器包括n个原边h桥和n个变压器，n个变压器共用双向开关桥臂和电容桥臂；n为大于等于1的整数，每个原边h桥的输入端用于连接对应的光伏组件，每个光伏组件对应一个电流给定值，电流给定值为对应光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值；
60.控制器，具体用于将所述无功电流除以m得到无功电流平均值，m为小于等于n的整数，将所述无功电流平均值叠加到能量传输的每个光伏组件对应的电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生对应的内移相角和外移相角。m为n路中参与能量传
输的路数，即接入微型逆变器的直流侧且参与能量传输的路数。
61.基于以上实施例提供的一种微型逆变器，本技术实施例还提供一种光伏系统，下面结合附图进行详细介绍。
62.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图。
63.本实施例提供的光伏系统，包括光伏组件pv和以上实施例介绍的微型逆变器500；
64.微型逆变器500的输入端连接光伏组件pv；光伏组件pv为一个或多个。
65.由于本技术实施例提供的光伏系统中的微型逆变器可以补偿微型逆变器输出端电容产生的无功电流，因此，该光伏系统可以减轻无功电流对于电网的影响，提高并网电流的质量。
66.基于以上实施例提供的一种微型逆变器及光伏系统，本技术实施例还提供一种控制方法，下面结合附图进行详细介绍。
67.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种微型逆变器的控制方法的流程图。
68.本实施例提供的微型逆变器的控制方法，应用于以上实施例介绍的微型逆变器，微型逆变器包括：原边h桥、变压器、双向开关桥臂和电容桥臂；原边h桥的输入端连接直流电；原边h桥的输出两端分别连接变压器的原边侧的两端，变压器的副边侧的两端分别连接双向开关桥臂的中点和电容桥臂的中点；双向开关桥臂和电容桥臂并联；
69.该控制方法包括：
70.s501：根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流；
71.根据电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，具体包括：
72.根据电网电压的d轴分量、电网电压的角频率、逆变器输出端等效电容和电网角度的余弦值获得无功电流。
73.电网电压的d轴分量和电网电压的角频率由锁相环得到。
74.s502：将无功电流叠加到电流给定值中；
75.将无功电流叠加到电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，具体包括：
76.将所述无功电流除以m得到无功电流平均值，m为小于等于n的整数，将所述无功电流平均值叠加到能量传输的每个光伏组件对应的电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生对应的内移相角和外移相角。m为n路中参与能量传输的路数。
77.s503：利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，内移相角为原边h桥的两个桥臂之间的移相角，外移相角为原边h桥与双向开关桥臂的之间的移相角。
78.微型逆变器包括一个原边h桥，原边h桥的输入端用于连接光伏组件，电流给定值为光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。
79.微型逆变器包括n个原边h桥和n个变压器，n个变压器共用双向开关桥臂和电容桥臂；n为大于等于1的整数，每个原边h桥的输入端用于连接对应的光伏组件，每个光伏组件对应一个电流给定值，电流给定值为对应光伏组件的最大功率点追踪控制得到的电流指令值。
80.本技术提供的微型逆变器的控制方法，考虑逆变器输出端等效电容产生的无功电流的影响，该无功电流将影响并网电流的质量。因此，本技术对该无功电流进行补偿，利用
电网电压、逆变器输出端等效电容和电网角度获得无功电流，将所述无功电流叠加到电流给定值中，利用叠加后的电流作为新的电流给定值来产生内移相角和外移相角，这样可以降低无功电流对于并网电流的影响。提前将无功电流补偿到了前馈控制的电流给定值中，从而提高并网电流的质量。
81.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。