双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法

摘要

本发明提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法分别采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器和电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器两种方式，实现了两种适用于不同条件下的有源阻尼致稳控制。通过采样滤波电容电压，在网侧输出滤波电感上串联虚拟电阻或在滤波电容两端并联虚拟电阻，并基于双有源桥型微逆变器移相控制的特点设置反馈项，从而大幅提高微逆变器的并网稳定性，改善输出电流的总谐波畸变率(THD)。本发明通过采用控制环中的有源阻尼，消除了无源阻尼带来的损耗和散热问题；同时有源阻尼的反馈系数可以灵活调节，使得本发明中的有源阻尼致稳控制方法可以适用于不同的电路参数和电路工况，具有较好的普适性。

说明书

技术领域

本发明涉及微逆变器有源阻尼控制技术领域，具体地，涉及一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法。

背景技术

微逆变器一般指是光伏发电系统中的功率小于等于1000W，且具备组件级最大功率点追踪能力的逆变器。与集中式和组串式光伏逆变系统不同，微逆变器直接与单个光伏组件进行连接。其优点是可以对每块组件进行独立的MPPT控制，在大幅提高整体效率的同时，也可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等。

根据直流母线的位置和结构特点，可以将微逆变器分为三大类：直流母线结构，伪直流母线结构和无直流母线结构。其中无直流母线的微逆变器为单级式电路，采用矩阵式控制，其所用开关器件数量少，转换效率高，因此更具有优势。而在无直流母线结构的微逆变器中，双有源桥(Dual active bridge,DAB)型微逆变器使用的开关器件数量最少，在具备DAB电路宽范围软开关的特性基础上，还改善了DAB电路轻载时效率较低的问题。

随着光伏微逆变器的结构越发复杂，微逆变器的并网稳定性变得越来越重要。目前并网逆变器的致稳方法分为两大类，一类是无源阻尼方法，通过在微逆变器的电容或电感上串/并联电阻，对L-C滤波器的谐振尖峰进行阻尼，但是增加的电阻会产生较大的损耗，降低逆变器的效率；另一类是有源阻尼方法，通过在控制环路中增加前馈或反馈通路改变滤波器侧的输出阻抗或变换器侧的输入阻抗，但目前的并网逆变器有源阻尼只适用于工频周期内定增益的全桥逆变器，而由于DAB型微逆变器在工频周期内增益随着内外移相角的变化而变化，因此传统的有源阻尼方法并不适用。因此需要对适用于DAB型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法进行研究。

经过检索发现：

公开号为CN113241765A的中国发明专利申请《并网逆变器全等效并联电阻有源阻尼控制方法》，利用电容电压和电容电流同时作为反馈量进行控制，通过在基于电流环的虚拟电阻并联电容法基础上增加一条电容电压的反馈支路，为传递函数的特征方程中引入一次项系数1/Rd，使得主导极点得以左移从而减小了电流环相应的调节时间。反馈支路系数均为常数，可以通过计算得到，参数设计较方便。显著提高并网逆变器电流内环的响应速度，同时，无需在传统的电流环虚拟电阻并联电容法基础上额外增加传感器，不会增加工业成本。该有源阻尼控制方法仍然存在如下问题：该有源阻尼控制方法仅适用于传统的三相全桥逆变器，而对于双有源桥型微逆变器的基本工作原理和小信号模型均与全桥逆变器不同，且双有源桥型微逆变器为单相逆变器，因此该有源阻尼方法无法适用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法通过分别采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器和电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器两种方式，实现了两种适用于不同条件下的有源阻尼致稳控制。

根据本发明的一个方面，提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，将所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的输出电感串联一个虚拟电阻，通过所述虚拟电阻达到阻尼功能，实现所述微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：

所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样电路、电网电压采样电路和有源阻尼反馈项计算模块；其中，所述电容电压采样电路和所述电网电压采样电路的采样值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入，所述有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项，等效于一个虚拟电阻与所述微逆变器等效电路模型的输出电感串联，将所述反馈项与所述微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为所述微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，所述移相控制器据此形成所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对所述微逆变器的有源阻尼致稳控制；

建立所述微逆变器等效电路模型，包括：

构建直流电源V

其中，所述交流电网侧的滤波电感L

可选地，所述电容电压采样电路对所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C

可选地，所述反馈项R

式中，K

所述定值部分K

所述移相角部分K

所述虚拟电阻部分R

可选地，所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据所述微逆变器等效电路模型的网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压-10V≤v

其中，v

所述电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出与所述电流环闭环控制器的输出相减，作为所述移相控制器的输入，通过所述移相控制器输出驱动信号控制所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管动作，进而控制所述微逆变器输出对应的原副边方波电压。

可选地，所述方法在满足以下任意一个条件时使用：

-所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C

-所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C

根据本发明的另一个方面，提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，采用电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器，将所述电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的滤波电容并联一个虚拟电阻，通过所述虚拟电阻达到阻尼功能，实现所述微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：

所述电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样模块和有源阻尼反馈项计算模块；其中，所述电容电压采样模块的采样值作为所述有源阻尼反馈项计算模块的输入，所述有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项，等效于一个虚拟电阻与所述微逆变器等效电路模型的滤波电容并联，将所述反馈项与所述微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为所述微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，所述移相控制器据此形成所述微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对所述微逆变器的有源阻尼致稳控制；

建立所述微逆变器等效电路模型，包括：

构建直流电源V

其中，所述交流电网侧的滤波电感L

可选地，所述电容电压采样电路对所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C

可选地，所述反馈项R

式中，K

所述移相角部分K

所述虚拟电阻部分R

可选地，所述电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据所述微逆变器等效电路模型的网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压-10V≤v

其中，v

所述电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出与电流环闭环控制器的输出相减，作为移相控制控制器的输入，通过所述移相控制器输出驱动信号控制微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管动作，进而控制微逆变器输出对应的原副边方波电压。

可选地，所述方法在满足以下条件时使用：

所述微逆变器等效电路模型的滤波电容C

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

本发明提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，规避了传统方式下通过串并联无源电阻使得变换器稳定的方法，通过采用控制环中的有源阻尼，消除了无源阻尼带来的损耗和散热问题。

本发明提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，有源阻尼的反馈项可以灵活调节，使得有源阻尼致稳控制可以适用于不同的电路参数和电路工况，具有较好的普适性。

本发明提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，通过采样滤波电容电压，在网侧输出滤波电感上串联虚拟电阻或在滤波电容两端并联虚拟电阻，并基于双有源桥型微逆变器移相控制的特点设置反馈项，从而大幅提高微逆变器的并网稳定性，改善输出电流的总谐波畸变率(THD)。

本发明提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，通过采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器和电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器两种方式，实现了两种适用于不同条件下的有源阻尼致稳控制，提高了有源阻尼致稳控制方法的适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电路示意图；

图2为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下虚拟电阻位置示意图；

图3为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下微逆变器等效电路示意图；

图4为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法的控制框图；

图5为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下虚拟电阻位置示意图；

图6为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下微逆变器等效电路示意图；；

图7为本发明一优选实施例中单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法的控制框图；

图8为本发明优选实施例中包含有源阻尼致稳控制方法的微逆变器整体控制框图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这都属于本发明的保护范围。以下没有说明的部分，可以参照发明内容中记载或现有技术。

本发明一实施例提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，实现对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制。

该实施例提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，采用电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，将电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的输出电感串联一个虚拟电阻，通过虚拟电阻达到阻尼功能，实现微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：

电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样电路、电网电压采样电路和有源阻尼反馈项计算模块；其中，有源阻尼反馈项计算模块实现的功能(即输出的反馈项)等效于一个虚拟电阻与微逆变器等效电路模型的输出电感串联，电容电压采样电路和电网电压采样电路的采样值作为有源阻尼反馈项计算模块的输入，有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项与微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，移相控制器据此形成微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对微逆变器的有源阻尼致稳控制；

建立微逆变器等效电路模型，包括：

构建直流电源V

其中，交流电网侧的滤波电感L

在该实施例中，双有源桥型微逆变器基于扩展移相调制，具有两个控制自由度，分别为微逆变器等效电路模型中原边电路的内移相角D

在一优选实施例中，电容电压采样电路对微逆变器等效电路模型的滤波电容C

在一优选实施例中，反馈项R

由此可知，反馈项R

定值部分K

移相角部分K

虚拟电阻部分R

在一优选实施例中，电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据微逆变器等效电路模型网侧电压的正负确定，包括：

若网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压-10V≤v

其中，v

电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出与电流环闭环控制器的输出相减，作为移相控制器的输入，通过移相控制器输出驱动信号控制微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管动作，进而控制微逆变器输出对应的原副边方波电压。

在一优选实施例中，该方法可以在满足以下任意一个条件时使用：

-微逆变器等效电路模型滤波电容容值C

-微逆变器等效电路模型滤波电容容值C

本发明一实施例还提供了一种双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，该方法采用电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器，实现对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制。

该实施例提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，采用电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器，将电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出作为反馈项添加在微逆变器的闭环控制环路中，等效于在微逆变器等效电路模型的滤波电容并联一个虚拟电阻，通过虚拟电阻达到阻尼功能，实现微逆变器的并网稳定性，进而完成对双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制；其中：

电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器，包括：电容电压采样模块和有源阻尼反馈项计算模块；其中，有源阻尼反馈项计算模块实现的功能(即输出的反馈项)等效于一个虚拟电阻与微逆变器等效电路模型的滤波电容并联，电容电压采样模块的采样值作为有源阻尼反馈项计算模块的输入，有源阻尼反馈项计算模块的输出作为反馈项与微逆变器的闭环控制环路的电流环控制器的输出相减后的结果作为微逆变器的闭环控制环路的移相控制器的输入，移相控制器据此形成微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管的驱动信号，用于实现对微逆变器的有源阻尼致稳控制；

建立微逆变器等效电路模型，包括：

构建直流电源V

其中，交流电网侧的滤波电感L

双有源桥型微逆变器基于扩展移相调制，具有两个控制自由度，分别为微逆变器等效电路模型中原边电路的内移相角D

在一优选实施例中，电容电压采样电路对微逆变器等效电路模型的滤波电容C

在一优选实施例中，反馈项R

由此可知，反馈项R

移相角部分K

虚拟电阻部分R

在一优选实施例中，电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据微逆变器等效电路模型网侧电压的正负确定，包括：

若网侧电压v

若网侧电压v

若网侧电压-10V≤v

其中，v

电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出与电流环闭环控制器的输出相减，作为移相控制控制器的输入，通过移相控制器输出驱动信号控制微逆变器的原边全桥电路开关管和副边半桥电路开关管动作，进而控制微逆变器输出对应的原副边方波电压。

在一优选实施例中，方法可以在满足以下条件时使用：

微逆变器等效电路模型的滤波电容容值C

在上述两个实施例中，基于电感串联虚拟电阻的有源阻尼致稳控制方法和基于电容并联虚拟电阻的有源阻尼致稳控制方法的适用性，均与滤波电容容值C

若滤波电容容值C

若滤波电容容值C

下面结合附图以及一具体应用实例，对本发明上述实施例提供的技术方案进一步说明。

图1为单级式半桥DAB型微逆变器电路示意图。参照图一所示，单级式半桥DAB型微逆变器电路由光伏板组件、直流母线电容、原边全桥电路、高频变压器、副边半桥电路、网侧低通滤波器组成。其中原边全桥电路包含开关管S1～S4，副边半桥电路包含开关管S5～S8和薄膜电容C1/C2；高频变压器原副边匝比为1∶n，折算到原边的励磁电感为L

进一步地，图1所示的单级式半桥DAB型微逆变器的基本工作方式为：开关管S1和S2高频互补导通，开关管S3和S4高频互补导通。当网侧电压为正时，开关管S6和S8常通，开关管S5和S7高频互补导通；当网侧电压为负时，开关管S5和S7常通，开关管S6和S8高频互补导通。

进一步地，图1所示的单级式半桥DAB型微逆变器基于扩展移相调制，具有两个控制自由度，分别为原边电路的内移相角D

图2为一种单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下虚拟电阻位置示意图；参照图2所示，虚拟电阻R

进一步地，基于图2可以得到如图3所示的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下微逆变器等效电路示意图，根据图3可以得到从外移相角到输出电流的传递函数为：

其中，C

图4为单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法的控制框图，参照图4所示，电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法需要在电路中增加一个额外的电压传感器，对两个半桥电容C1和C2的串联电压进行采样，并将采样量v

进一步地，电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的反馈项由三部分组成，分别是定值部分K

具体地，定值部分和虚拟电阻部分的取值分别如下：

定值部分和电路参数相关，为

虚拟电阻部分R

进一步地，单级式半桥DAB型微逆变器的电感串联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法需要根据网侧电压的正负决定电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出，如图8所示，将源阻尼控制器的输出与电流环闭环控制器的输出(ΔD

具体地，电感串联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据以下原则进行确定：

如图4所示，若网侧电压v

如图4所示，若网侧电压v

如图4所示，若网侧电压-10V≤v

图5为一种单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下虚拟电阻位置示意图；参照图5所示，虚拟电阻R

进一步地，基于图5可以得到如图6所示的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法下微逆变器等效电路示意图，根据图6可以得到从外移相角到输出电流的传递函数为：

其中，C

图7为单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法的控制框图，参照图7所示，需要在电路中增加一个额外的电压传感器对两个半桥电容C1和C2的串联电压进行采样，并将采样量v

进一步地，电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的反馈项由两部分组成，分别是移相角部分K

进一步地，单级式半桥DAB型微逆变器的电容并联虚拟电阻有源阻尼致稳控制方法需要根据网侧电压的正负决定电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出，如图8所示，将源阻尼控制器的输出与电流环闭环控制器的输出(ΔD

具体地，电容并联虚拟电阻有源阻尼控制器的输出根据以下原则进行确定：

如图7所示，若网侧电压v

如图7所示，若网侧电压v

如图7所示，若网侧电压-10V≤v

进一步地，上述两种有源阻尼致稳控制方法，具有不同的适用性。若半桥电容容值C

若半桥电容容值C

当然，以上实施例的具体电路仅仅是本发明一种实现的优选实施例，并不用于限定本发明，在其他实施例中，也可以是实现相同功能的其他电路形式。

本发明上述实施例提供的双有源桥型微逆变器的有源阻尼致稳控制方法，规避了传统方式下通过串并联无源电阻使得变换器稳定的方法，通过采用控制环中的有源阻尼，消除了无源阻尼带来的损耗和散热问题；有源阻尼的反馈项可以灵活调节，使得本发明中的有源阻尼致稳控制方法可以适用于不同的电路参数和电路工况，具有较好的普适性。通过采样滤波电容电压，在网侧输出滤波电感上串联虚拟电阻或在滤波电容两端并联虚拟电阻，并基于双有源桥型微逆变器移相控制的特点设置反馈项，从而大幅提高微逆变器的并网稳定性，改善输出电流的总谐波畸变率(THD)。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。