本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)逆變器的控制方法，尤其是一種寬輸入并網(wǎng)逆變器的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境污染的日益加劇和化石能源的不斷緊缺，燃料電池、風能和太陽能等可再生能源由于具有清潔安全、無污染、可再生等優(yōu)點而越來越受到人們的關(guān)注。但太陽能電池和燃料電池等的輸出為直流電，而電網(wǎng)電壓為交流電，因此，并網(wǎng)逆變器成為分布式發(fā)電系統(tǒng)和微電網(wǎng)的重要組成部分。又由于太陽能電池和燃料電池等的輸出電壓范圍寬，有時低于電網(wǎng)電壓，有時高于電網(wǎng)電壓，因此，采用傳統(tǒng)的單級降壓型逆變器無法實現(xiàn)，通常需要再加一個前級DC-DC變換器，從而提高了系統(tǒng)的復雜性，降低了可靠性，增加了系統(tǒng)的成本。
公開文獻(CN 102005962B)公開的升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法，實現(xiàn)了單級升降壓變換的功能，具有高的可靠性；公開文獻(CN 103219912B)公開的一種適合寬輸入電壓升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法，在公開文獻(CN 102005962B)主電路拓撲的基礎(chǔ)上，提出了一種新的控制方法，可工作在升降壓和降壓兩種模式。但上述公開文獻存在如下問題：主電路需要4個隔離驅(qū)動電源，成本較高；當輸入電壓較低時，都工作在升降壓模式，輸入輸出電流脈動大。此外，上述并網(wǎng)逆變器在任何半個工頻周期都有3個開關(guān)管高頻開關(guān)，開關(guān)損耗高，降低了效率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中并網(wǎng)逆變器的缺點，提出一種效率高的寬輸入并網(wǎng)逆變器的控制方法。
本發(fā)明的寬輸入并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括輸入電源Uin、第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一開關(guān)單元1、第二開關(guān)單元2、第三開關(guān)單元3、第四開關(guān)單元4、濾波電路5和電網(wǎng)ug，其中第一開關(guān)單元1包括第三開關(guān)管S3和第三二極管D3，第二開關(guān)單元2包括第四開關(guān)管S4和第四二極管D4，第三開關(guān)單元3包括第五開關(guān)管S5和第一二極管D1，第四開關(guān)單元4包括第六開關(guān)管S6和第二二極管D2，濾波電路5包括濾波電感Lg、阻尼電阻Rd和濾波電容Cf，具體拓撲結(jié)構(gòu)為：輸入電源Uin的正極連接第一開關(guān)管S1的一端和第二開關(guān)管S2的一端，輸入電源Uin的負極分別連接第一二極管D1的陽極、第二二極管D2的陽極、第三開關(guān)管S3的一端和第四開關(guān)管S4的一端，第一開關(guān)管S1的另一端連接第五開關(guān)管S5的一端和第一濾波電感L1的一端，第五開關(guān)管S4的另一端連接第一二極管D1的陰極，第一濾波電感L1的另一端分別連接第三二極管D3的陽極、濾波電感Lg的一端和阻尼電阻Rd的一端，第三二極管D3的陰極連接第三開關(guān)管S3的另一端，阻尼電阻Rd的另一端連接濾波電容Cf的一端，濾波電感Lg的另一端連接電網(wǎng)ug的正極，電網(wǎng)ug的負極分別連接濾波電容Cf的另一端、第二濾波電感L2的一端和第四二極管D4的陽極，第四二極管D4的陽極連接第四開關(guān)管S4的另一端，第二濾波電感L2的另一端連接第二開關(guān)管S2的另一端和第六開關(guān)管S6的一端，第六開關(guān)管S6的另一端連接第二二極管D2的陰極；
當輸入電源Uin大于等于電網(wǎng)ug絕對值的最大值時，該并網(wǎng)逆變器只存在降壓工作模式，當輸入電源Uin小于電網(wǎng)ug絕對值的最大值時，該并網(wǎng)逆變器存在降壓和升壓兩種工作模式；當輸入電源Uin不大于電網(wǎng)ug的絕對值時，工作在升壓工作模式，當輸入電源Uin大于電網(wǎng)ug的絕對值時，工作在降壓工作模式。
降壓工作模式為：第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6常通，當電網(wǎng)ug大于等于零時，第四開關(guān)管S4常通，第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3常斷，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管S1的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相；當電網(wǎng)ug小于零時，第三開關(guān)管S3常通，第一開關(guān)管S1和第四開關(guān)管S4常斷，通過調(diào)節(jié)第二開關(guān)管S2的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相。
升壓工作模式為：當電網(wǎng)ug大于等于零時，第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5常通，第二開關(guān)管S2和第六開關(guān)管S6常斷，通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管S3的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相；當電網(wǎng)ug小于零時，第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第六開關(guān)管S6常通，第一開關(guān)管S1和第五開關(guān)管S5常斷，通過調(diào)節(jié)第四開關(guān)管S4的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相。
第一開關(guān)管S1和第五開關(guān)管S5驅(qū)動信號共地，第二開關(guān)管S2和第六開關(guān)管S6驅(qū)動信號共地，第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4驅(qū)動信號共地。
第一～第六開關(guān)管為IGBT或MOSFET。第一～第四二極管為碳化硅二極管或快恢復二極管。
輸入電源Uin為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源中的一種。
本發(fā)明的寬輸入并網(wǎng)逆變器的控制方法適用于寬輸入電壓的場合，沒有傳統(tǒng)橋式逆變器橋臂的功率管直通問題，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；各開關(guān)管不需要設死區(qū)時間；可實現(xiàn)單級升降壓變換，不需要傳統(tǒng)降壓型并網(wǎng)逆變器的兩級變換；只需要3個隔離驅(qū)動電源；輸入輸出電流脈動?。蝗魏螘r刻只有1個開關(guān)管高頻開關(guān)，降低了開關(guān)損耗，提高了效率。
附圖說明
圖1：本發(fā)明的寬輸入電壓并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。
圖中的主要符號名稱：Uin——電源電壓，S1～S6——功率開關(guān)管，D1～D4——二極管，L1，L2——濾波電感，Lg——網(wǎng)側(cè)濾波電感，Cf——濾波電容，Rd——阻尼電阻，ug——電網(wǎng)電壓，ig——電網(wǎng)電流，iL1，iL2——電感L1和L2的電流。
具體實施方式
由圖1可知，本申請的寬輸入并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括輸入電源Uin、第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一開關(guān)單元1、第二開關(guān)單元2、第三開關(guān)單元3、第四開關(guān)單元4、濾波電路5和電網(wǎng)ug，其中第一開關(guān)單元1包括第三開關(guān)管S3和第三二極管D3，第二開關(guān)單元2包括第四開關(guān)管S4和第四二極管D4，第三開關(guān)單元3包括第五開關(guān)管S5和第一二極管D1，第四開關(guān)單元4包括第六開關(guān)管S6和第二二極管D2，濾波電路5包括濾波電感Lg、阻尼電阻Rd和濾波電容Cf，具體拓撲結(jié)構(gòu)為：輸入電源Uin的正極連接第一開關(guān)管S1的一端和第二開關(guān)管S2的一端，輸入電源Uin的負極分別連接第一二極管D1的陽極、第二二極管D2的陽極、第三開關(guān)管S3的一端和第四開關(guān)管S4的一端，第一開關(guān)管S1的另一端連接第五開關(guān)管S5的一端和第一濾波電感L1的一端，第五開關(guān)管S4的另一端連接第一二極管D1的陰極，第一濾波電感L1的另一端分別連接第三二極管D3的陽極、濾波電感Lg的一端和阻尼電阻Rd的一端，第三二極管D3的陰極連接第三開關(guān)管S3的另一端，阻尼電阻Rd的另一端連接濾波電容Cf的一端，濾波電感Lg的另一端連接電網(wǎng)ug的正極，電網(wǎng)ug的負極分別連接濾波電容Cf的另一端、第二濾波電感L2的一端和第四二極管D4的陽極，第四二極管D4的陽極連接第四開關(guān)管S4的另一端，第二濾波電感L2的另一端連接第二開關(guān)管S2的另一端和第六開關(guān)管S6的一端，第六開關(guān)管S6的另一端連接第二二極管D2的陰極；
當輸入電源Uin大于等于電網(wǎng)ug絕對值的最大值時，該并網(wǎng)逆變器只存在降壓工作模式，當輸入電源Uin小于電網(wǎng)ug絕對值的最大值時，該并網(wǎng)逆變器存在降壓和升壓兩種工作模式；當輸入電源Uin不大于電網(wǎng)ug的絕對值時，工作在升壓工作模式，當輸入電源Uin大于電網(wǎng)ug的絕對值時，工作在降壓工作模式。
降壓工作模式為：第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6常通，當電網(wǎng)ug大于等于零時，第四開關(guān)管S4常通，第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3常斷，通過調(diào)節(jié)第一開關(guān)管S1的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相；當電網(wǎng)ug小于零時，第三開關(guān)管S3常通，第一開關(guān)管S1和第四開關(guān)管S4常斷，通過調(diào)節(jié)第二開關(guān)管S2的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相。
升壓工作模式為：當電網(wǎng)ug大于等于零時，第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5常通，第二開關(guān)管S2和第六開關(guān)管S6常斷，通過調(diào)節(jié)第三開關(guān)管S3的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相；當電網(wǎng)ug小于零時，第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第六開關(guān)管S6常通，第一開關(guān)管S1和第五開關(guān)管S5常斷，通過調(diào)節(jié)第四開關(guān)管S4的占空比來調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流ig的大小，保證電網(wǎng)電流ig與電網(wǎng)ug同頻同相。
第一開關(guān)管S1和第五開關(guān)管S5驅(qū)動信號共地，第二開關(guān)管S2和第六開關(guān)管S6驅(qū)動信號共地，第三開關(guān)管S3和第四開關(guān)管S4驅(qū)動信號共地。
第一～第六開關(guān)管為IGBT或MOSFET。第一～第四二極管為碳化硅二極管或快恢復二極管。
電網(wǎng)電流ig采用正弦脈沖寬度調(diào)制控制或者滯環(huán)電流控制。
輸入電源Uin為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲能電源中的一種。
在分析之前，作如下假設：①所有開關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開關(guān)時間，導通壓降；②所有電感、電容均為理想元件。
1、降壓工作模式
電網(wǎng)參考電流為K1Irefpsin(ωt)，其中，Irefp為電網(wǎng)參考電流峰值，ω為電網(wǎng)角頻率，t為時間，K1為電網(wǎng)電流反饋系數(shù)。
電網(wǎng)電壓ug大于等于零時，存在2種工作模態(tài)，具體如下：
1)開關(guān)模態(tài)1
第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6開通，第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第二開關(guān)管S2承受的電壓為Uin，第三開關(guān)管S3承受的電壓為ug，第一濾波電感電流iL1上升。
2)開關(guān)模態(tài)2
第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6開通，第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2和第三開關(guān)管S3關(guān)斷，第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2承受的電壓為Uin，第三開關(guān)管S3承受的電壓為ug，第一濾波電感電流iL1下降。
電網(wǎng)電壓ug小于零時，存在2種工作模態(tài)，具體如下：
1)開關(guān)模態(tài)1
第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6開通，第一開關(guān)管S1和第四開關(guān)管S4關(guān)斷，第一開關(guān)管S1承受的電壓為Uin，第四開關(guān)管S4承受的電壓為-ug，第二濾波電感電流iL2負向增加。
2)開關(guān)模態(tài)2
第三開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S5和第六開關(guān)管S6開通，第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2和第四開關(guān)管S4關(guān)斷，第一開關(guān)管S1和第二開關(guān)管S2承受的電壓為Uin，第四開關(guān)管S4承受的電壓為-ug，第二濾波電感電流iL2負向減小。
2、升壓工作模式
電網(wǎng)參考電流為其中，Po為輸出功率，Uin為輸入電源電壓，ω為電網(wǎng)角頻率，t為時間，K1為電網(wǎng)電流反饋系數(shù)。
電網(wǎng)電壓ug大于等于零時，存在2種工作模態(tài)，具體如下：
1)開關(guān)模態(tài)1
第一開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5開通，第二開關(guān)管S2和第六開關(guān)管S6關(guān)斷，第二開關(guān)管S2承受的電壓為Uin+ug，第六開關(guān)管S6承受的電壓為ug，第一濾波電感電流iL1上升。
2)開關(guān)模態(tài)2
第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5開通，第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第六開關(guān)管S6關(guān)斷，第二開關(guān)管S2承受的電壓為Uin，第三開關(guān)管S3承受的電壓為ug，第六開關(guān)管S6承受的電壓為0，第一濾波電感電流iL1下降。
電網(wǎng)電壓ug小于零時，存在2種工作模態(tài)，具體如下：
1)開關(guān)模態(tài)1
第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4和第六開關(guān)管S6開通，第一開關(guān)管S1和第五開關(guān)管S5關(guān)斷，第一開關(guān)管S1承受的電壓為Uin-ug，第五開關(guān)管S5承受的電壓為-ug，第二濾波電感電流iL2負向增加。
2)開關(guān)模態(tài)2
第二開關(guān)管S2、第三開關(guān)管S3和第六開關(guān)管S6開通，第一開關(guān)管S1、第四開關(guān)管S4和第五開關(guān)管S5關(guān)斷，第一開關(guān)管S1承受的電壓為Uin，第四開關(guān)管S4承受的電壓為-ug，第五開關(guān)管S5承受的電壓為0，第二濾波電感電流iL2負向減小。