[发明专利]单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置及方法，属于电能变换领域。

背景技术

在单相并网逆变器中，为实现低谐波污染、近单位功率因数运行，需要对并网电流的波形和相位进行实时控制。但是单相并网逆变器的并网电流的交流特性使实现优良的波形控制具有较大难度，传统的比例积分控制方案无法满足控制要求。在用于单相并网电流的几种控制策略中，电流滞环控制具有电流响应快、跟踪精度高、无瞬态电流过冲等优点，得到了广泛应用。而从获得开关信号的调制方式上又分为双极性调制和单极性调制两种，单极性调制由于有一个桥臂的开关频率与电网频率相同，因此可大幅减小开关损耗，另外，在相同环宽和滤波参数的前提下，其高频臂的平均开关频率也要小于双极性调制的情况，可进一步降低开关损耗。但是在使用中存在如下问题：(1)由于单片机、数字信号处理器等控制芯片无法输入负电压信号，因此通常将并网电流采样后的信号进行全波整流，在控制芯片中按照全波整流后的波形进行控制，由于在并网电流负半周时输入控制芯片的信号极性与实际信号极性相反，在过零点附近容易出现电流颠覆现象，即朝某一方向持续增加(参见图1所示，图中曲线a表示电网电压，曲线b表示给定电流，曲线c表示实际电流)，进而造成系统过流损耗，严重的将使电网上一级保护开关动作，造成周边设备失电；针对这一问题，现有方案采用在过零点附近加大两个桥臂的死区时间来解决，但是也造成电流畸变严重，低频谐波大幅上升，也造成滤波电感出现贡品噪声；(2)传统电流滞环控制方案的功率器件开关频率不固定，在某一区间功率器件开关频率过高，造成其开关损耗加大，降低系统整体使用寿命；另外，开关频率在整个工频周期变化剧烈，为输出滤波器的设计带来较大难度；针对这一问题，现有方案采用近似固定开关频率的控制方案，这些方法算法复杂，而且受系统电气参数影响较大；(3)在采用数字方法实现时，需要较高的采样频率，造成实现难度和成本均有所提高。

发明内容

本发明目的是为了解决现有控制方法存在的并网电流颠覆以及最大开关频率不可控的问题，提供了一种单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置及方法。

本发明所述的一种单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置：

单相并网逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和电感，第一桥臂和第二桥臂由直流源供电，第一桥臂和第二桥臂并联在直流供电电源的输出端，第一桥臂的直流输出端通过电感连接在电网的一端，第二桥臂的直流输出端与电网的另一端相连，

所述单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置包括并网电流采样模块、电网电压采样模块、同步信号产生模块、角频率计算模块、偏置电路模块、给定电流瞬时值计算模块、电流控制模块、定时器模块和开关信号生成模块，

并网电流采样模块采集流经电感的并网电流，并网电流采样模块的输出端与偏置电路模块的输入端相连，偏置电路模块的实际并网电流输出端与电流控制模块的实际并网电流输入端相连；

电网电压采样模块采集电网电压信号，电网电压采样模块的瞬时电压信号输出端与同步信号产生模块的输入端相连，同步信号产生模块的第一输出端与角频率计算模块的输入端相连，角频率计算模块的角频率信号输出端与给定电流瞬时值计算模块的输入端相连，定时器模块的定时启动输出端分别与给定电流瞬时值计算模块的定时启动输入端和电流控制模块的定时启动输入端相连，给定电流瞬时值计算模块接收给定并网电流的幅值I_m^*，给定电流瞬时值计算模块的给定电流信号输出端与电流控制模块的给定电流信号输入端相连，电流控制模块的输出端与第二桥臂的控制端相连，

同步信号产生模块的第二输出端与开关信号生成模块的输入端相连，开关信号生成模块的输出端与第一桥臂的控制端相连。

基于上述单相并网逆变器的并网电流单极性无环宽滞环控制装置的方法包括以下步骤：

步骤一、并网电流采样模块采集并网电流的瞬时值i，利用偏置电路模块将并网电流的瞬时值i增加直流偏移量进行偏置，获得整个电周期内均大于零的并网电流的偏置瞬时值i_t；

电网电压采样模块采集电网电压的瞬时值e，通过同步信号产生模块获得与电网电压同步的方波信号；

并设置输入信号给定并网电流的幅值I_m^*；

步骤二、根据电网电压的瞬时值e和给定并网电流的幅值I_m^*获取给定并网电流的瞬时值i^*，