本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及基于電流均衡的直流并聯(lián)微型逆變器裝置和方法。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)能源的效率性和安全性越來越重視，而可再生能源光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)也逐漸成為研究的熱點(diǎn)。微型逆變器能夠很好地利用可再生能源太陽能，把太陽能轉(zhuǎn)為電能。這一技術(shù)需要DC-DC直流升壓模塊對(duì)太陽能光電板產(chǎn)生的直流電壓升高至400V左右。而每個(gè)微型逆變器的輸出功率有限，輸出能力受DC-DC升壓模塊設(shè)計(jì)的限制，所以為了能夠更方便的得到所需的輸出功率，需要微型逆變器的兩個(gè)DC-DC升壓模塊并聯(lián)使用，需要解決的問題就是讓微型逆變器的兩個(gè)DC-DC升壓模塊之間能夠互不影響的輸出能量，把此能量相加得到所需的功率；而電流均衡技術(shù)能夠很好的解決該問題。

對(duì)于兩個(gè)并聯(lián)的DC-DC升壓模塊的微型逆變器能夠協(xié)調(diào)高效工作，要求兩個(gè)DC-DC升壓模塊輸出側(cè)的母線電壓大小相同，傳統(tǒng)的微型逆變器中DC-DC升壓模塊之間的協(xié)調(diào)工作主要由硬件電路來實(shí)現(xiàn)，通過硬件電路來強(qiáng)制微型逆變器每個(gè)DC-DC升壓模塊輸出直流母線電壓相同；但由此產(chǎn)生的是能耗問題，硬件電路中的電阻會(huì)消耗電能，是整體的微型逆變器效率降低，得不到高效的要求，而且電路不穩(wěn)定造成整個(gè)微型逆變器系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

劉曉東等人在《DC/DC變換器并聯(lián)均流技術(shù)》(安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，(1)：54-59)一文中研究了DC/DC變換器并聯(lián)均流技術(shù)的無源法，該方法通過調(diào)節(jié)電源模塊輸出阻抗來達(dá)到均流的目的，進(jìn)而控制DC/DC變換器。該方法屬于開環(huán)控制，電流的特性比較差，并且以犧牲電壓來達(dá)到均流的目的，而且采用的是硬件方法，電路穩(wěn)定性不夠好，電阻上會(huì)產(chǎn)生損耗。

“New masterless modular current-sharing technique for DC/DC parallel converter”《Power Electronics&Motion Control Conference》.ML Bolloch，M Cousineai，T Meynard，2010：T3-73-T3-80(《運(yùn)用于DC/DC并聯(lián)變換器的新型無主模式電流均衡技術(shù)》，《電力電子與運(yùn)動(dòng)控制會(huì)議》2010年T3期73-80頁)一文中研究了基于均流誤差信號(hào)的均流方法，將兩DC-DC升壓模塊的電流直接傳輸?shù)酱髂K，從而獲得均流誤差信號(hào)實(shí)現(xiàn)均流，進(jìn)而控制DC-DC升壓模塊。但是該方法的安全性能差，一旦均流出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，并且此方法還是采用的硬件技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生能耗問題以及實(shí)現(xiàn)速度比不上軟件實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于電流均衡的直流并聯(lián)微型逆變器裝置和方法，以解決傳統(tǒng)硬件電路來控制的不足和缺點(diǎn)，保證微型逆變器的實(shí)時(shí)的正常工作，從而提高系統(tǒng)的效率，穩(wěn)定性和可靠性。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明所采用了如下技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu)：用于把太陽能轉(zhuǎn)換為直流電壓的太陽能電池板，用于升壓的DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊，用于把DC-DC1升壓模塊輸出的直流母線電壓U₁和DC-DC2升壓模塊輸出的直流母線電壓U₂逆變成220V交流電壓的DC-AC逆變模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)工作及算法的DSP控制電路，用于驅(qū)動(dòng)DC-DC1升壓模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ和用于驅(qū)動(dòng)DC-DC2升壓模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅱ，用于驅(qū)動(dòng)DC-AC逆變模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，用于檢測太陽能電池板輸出總電流I的電流檢測模塊，用于檢測DC-DC1升壓模塊輸出母線電壓U₁和DC-DC2升壓模塊輸出母線電壓U₂的電壓檢測模塊；

所述DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊通過電連接并聯(lián)在太陽能電池板與DC-AC逆變模塊之間，即DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸入端與太陽能電池板的輸出端電連接，DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸出端與DC-AC逆變模塊的輸入端電連接；

所述電流檢測模塊與太陽能電池板電連接，電流檢測模塊的輸出端與DSP控制電路的輸入端是單向通信連接；所述電壓檢測模塊分別與DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸出端電連接；電壓檢測模塊的輸出端與DSP控制電路的輸入端是單向向通信連接；

所述DSP控制電路輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ、驅(qū)動(dòng)電路II和驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ的輸入端單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ的輸出端與DC-DC1升壓模塊單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路II的輸出端與DC-DC2升壓模塊單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ的輸出端與DC-AC逆變模塊單向通信連接。

本發(fā)明還提供了一種基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)的控制方法，主要步驟如下：

步驟1，系統(tǒng)初始化，包括DSP控制電路中DSP芯片的硬件初始化和軟件初始化；

步驟2，電流檢測模塊采集太陽能電池板的總電流I，并傳輸給DSP控制電路；

步驟3，DSP控制電路把步驟2得到的總電流I分成2個(gè)大小相等的電流I₁和I₂，即其中I₁為DC-DC1升壓模塊的輸入電流，記為均流1；I₂作為DC-DC2升壓模塊的輸入電流，記為均流2；

步驟4，DSP控制電路根據(jù)步驟3得到的均流1和均流2分別計(jì)算出DC-DC1升壓模塊的占空比d₁和DC-DC2升壓模塊的占空比d₂，計(jì)算公式如下：

其中，U₁為DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓，U₂為DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓，I_ref為設(shè)定的參考電流，V_in為太陽能電池板的輸出電壓，為兩零點(diǎn)兩極點(diǎn)控制器，s為頻域的時(shí)間；

步驟5，DSP控制電路輸出根據(jù)步驟4得到的兩個(gè)占空比，通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)DC-DC1升壓模塊工作，并對(duì)兩個(gè)DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓進(jìn)行更新，即DSP控制電路輸出占空比d₁通過驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ控制DC-DC1升壓模塊工作，得到更新后的DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓U₁'；DSP控制電路輸出占空比d₂通過驅(qū)動(dòng)電路II控制DC-DC2升壓模塊工作，得到更新后的DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓U₂'；

步驟6，電壓檢測模塊采集更新后的DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓U₁'和更新后的DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓U₂'，并把U₁'，U₂'信號(hào)傳輸給DSP控制電路；

步驟7，DSP控制電路對(duì)步驟6采集到的兩個(gè)更新后的輸出直流母線電壓U₁'和U₂'進(jìn)行比較，

1)如果U₁'<U₂'，DC-AC逆變模塊不工作，則DSP控制電路對(duì)DC-DC1升壓模塊的占空比d₁進(jìn)行更新，并重復(fù)步驟5至步驟7；其中，DC-DC1升壓模塊更新后的占空比記為d₁'，其計(jì)算公式如下：

2)如果U₁'>U₂'，DC-AC逆變模塊不工作，則DSP控制電路對(duì)DC-DC2升壓模塊的占空比d₂進(jìn)行更新，并重復(fù)步驟5至步驟7；

其中，DC-DC2升壓模塊更新后的占空比記為d₂'，計(jì)算公式如下：

3)如果U₁'＝U₂'，DC-AC逆變模塊開始工作，即DSP控制電路發(fā)送信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ驅(qū)動(dòng)DC-AC逆變模塊把U₁'和U₂'逆變成220V交流電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明通過電流均衡技術(shù)將初始電流分成均等兩份，分別產(chǎn)生兩路占空比來控制微型逆變器的2個(gè)DC-DC升壓模塊工作，保證了微型逆變器2個(gè)DC-DC升壓模塊之間各自獨(dú)立工作，互不影響。

2、本發(fā)明采用軟件方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方式，減少能耗問題以及提高系統(tǒng)的快速性，能夠有效的提高微型逆變器的效率和可靠性。

3、本發(fā)明信號(hào)的采集以及采用算法產(chǎn)生占空比都在CPU內(nèi)完成，高效、可靠，快速。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)控制方法實(shí)現(xiàn)的流程圖。

具體實(shí)驗(yàn)方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

本發(fā)明首先提供了一種基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的帶來的能耗大，系統(tǒng)效率低以及電路的不穩(wěn)定帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定性差。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。具體如下：

基于電流均衡的直流并聯(lián)堆疊式微型逆變器系統(tǒng)包括了：用于把太陽能轉(zhuǎn)換為30V的直流電壓的太陽能電池板、用于升壓的DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊、用于把DC-DC1升壓模塊輸出的直流母線電壓U₁和DC-DC2升壓模塊輸出的直流母線電壓U₂逆變成220V交流電壓的DC-AC逆變模塊、用于控制整個(gè)系統(tǒng)工作及算法的DSP控制電路、用于驅(qū)動(dòng)DC-DC1升壓模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ、用于驅(qū)動(dòng)DC-DC2升壓模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅱ，用于驅(qū)動(dòng)DC-AC逆變模塊的驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，用于檢測太陽能電池板輸出總電流I的電流檢測模塊、用于檢測DC-DC1升壓模塊輸出母線電壓U₁和DC-DC2升壓模塊的檢測模塊U₂的電壓檢測模塊，其中，所述的DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊采用相同的電路結(jié)構(gòu)，采用反激式箝位升壓電路，減少能耗，提高轉(zhuǎn)換效率。所述的DC-AC逆變模塊采用雙BUCK交錯(cuò)式逆變電路，能夠提高電路的穩(wěn)定性。所述驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要是把DSP控制電路發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大，分別供給DC-DC1升壓模塊、DC-DC2升壓模塊和DC-AC逆變模塊使用。在本實(shí)施例中，DSP控制電路中的DSP芯片采用TI公司的TMSF28035芯片，電流檢測模塊采用的是是霍爾傳感器，該傳感器高精度，低功耗。

所述DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊通過電連接并聯(lián)在太陽能電池板與DC-AC逆變模塊之間，即DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸入端與太陽能電池板的輸出端電連接，DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸出端與DC-AC逆變模塊的輸入端電連接。

所述電流檢測模塊與太陽能電池板電連接，電流檢測模塊的輸出端與DSP控制電路的輸入端是單向通信連接；所述電壓檢測模塊分別與DC-DC1升壓模塊和DC-DC2升壓模塊的輸出端電連接；電壓檢測模塊的輸出端與DSP控制電路的輸入端是單向向通信連接。

所述DSP控制電路輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ、驅(qū)動(dòng)電路II和驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ的輸入端單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ的輸出端與DC-DC1升壓模塊單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路II的輸出端與DC-DC2升壓模塊單向通信連接；驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ的輸出端與DC-AC逆變模塊單向通信連接。

本發(fā)明的控制方法的實(shí)施步驟如圖2所示。包括以下步驟：

步驟1，系統(tǒng)初始化，包括DSP控制電路中DSP芯片的硬件初始化和軟件初始化；

步驟2，電流檢測模塊采集太陽能電池板的總電流I，并傳輸給DSP控制電路；

步驟3，DSP控制電路把步驟2得到的總電流I分成2個(gè)大小相等的電流I₁和I₂，即其中I₁為DC-DC1升壓模塊的輸入電流，記為均流1；I₂作為DC-DC2升壓模塊的輸入電流，記為均流2；

步驟4，DSP控制電路根據(jù)步驟3得到的均流1和均流2分別計(jì)算出DC-DC1升壓模塊的占空比d₁和DC-DC2升壓模塊的占空比d₂，計(jì)算公式如下：

其中，U₁為DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓，U₂為DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓，I_ref為設(shè)定的參考電流，V_in為太陽能電池板輸出電壓30V，為兩零點(diǎn)兩極點(diǎn)控制器，s為頻域的時(shí)間；

步驟5，DSP控制電路輸出根據(jù)步驟4得到的兩個(gè)占空比，通過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)DC-DC1升壓模塊工作，并對(duì)兩個(gè)DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓進(jìn)行更新，即DSP控制電路輸出占空比d₁通過驅(qū)動(dòng)電路Ⅰ控制DC-DC1升壓模塊工作，得到更新后的DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓U₁'；DSP控制電路輸出占空比d₂通過驅(qū)動(dòng)電路II控制DC-DC2升壓模塊工作，得到更新后的DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓U₂'；

步驟6，電壓檢測模塊采集更新后的DC-DC1升壓模塊輸出直流母線電壓U₁'和更新后的DC-DC2升壓模塊輸出直流母線電壓U₂'，并把U₁'，U₂'信號(hào)傳輸給DSP控制電路；

步驟7，DSP控制電路對(duì)步驟6采集到的兩個(gè)更新后的輸出直流母線電壓U₁'和U₂'進(jìn)行比較，

1)如果U₁'<U₂'，DC-AC逆變模塊不工作，則DSP控制電路對(duì)DC-DC1升壓模塊的占空比d₁進(jìn)行更新，并重復(fù)步驟2.5至步驟2.7；其中，DC-DC1升壓模塊更新后的占空比記為d₁'，其計(jì)算公式如下：

2)如果U₁'>U₂'，DC-AC逆變模塊不工作，則DSP控制電路對(duì)DC-DC2升壓模塊的占空比d₂進(jìn)行更新，并重復(fù)步驟2.5至步驟2.7；

其中，DC-DC2升壓模塊更新后的占空比記為d₂'，計(jì)算公式如下：

3)如果U₁'＝U₂'，DC-AC逆變模塊開始工作，即DSP控制電路發(fā)送信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ，驅(qū)動(dòng)電路Ⅲ驅(qū)動(dòng)DC-AC逆變模塊把U₁'和U₂'逆變成220V交流電壓。