[发明专利]直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器及控制方法

权利要求书

1.一种直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，其特征是，包括：主电路为依次相连的光伏电池板、移相全桥电路、高频变压器、全桥整流电路、直流母线电容、功率解耦电路和逆变电路；控制和驱动电路包括光伏输出电流采样电路、光伏输出电压采样电路、功率MOSFET驱动电路、电容电压采样电路、并网电流采样电路、锁相环电路、DSP控制器；其中光伏电池板为装置提供直流电能，移相全桥电路用于实现直流到高频交流的逆变，所得的高频交流电经过高频变压器后，由低压的高频交流电转变为高压的高频交流电，然后再经过二极管全桥整流，把高压高频交流电变换为电压较高的直流电，再经过功率解耦电容和功率解耦电路，把电压较高的直流电转化为脉动的直流电，最后通过逆变电路将脉动的直流电流转化为正弦交流电流，注入到公共电网实现并网运行；DSP控制器通过光伏电流输出采样电路、光伏输出电压采样电路采集光伏电流、电压，DSP控制器通过功率MOSFET驱动电路调节移向全桥电路占空比，DSP控制器通过电容电压采样电路采集直流母线电容电压及结合功率解耦驱动电路控制功率解耦电路，DSP控制器通过并网电流采样电路、锁相环电路对逆变电路进行双闭环控制。 

2.根据权利要求1所述的直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，其特征是，所述的光伏电池板包括与其并联的输出滤波电容，所述的移相全桥电路由4个反并联二极管的功率MOSFET组成，输入端与光伏电池板和滤波电容连接，输出端串联一个谐振电感和一个滤波电容与高频变压器的输入端相连；所串联的滤波电容的作用是为了滤除前级高频逆变电路输出中的直流成分，谐振电感的作用是为了与功率MOSFET输出的寄生电容形成谐振。 

3.根据权利要求1所述的直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，其特征是，所述的高频变压器输出端直接与全桥整流电路输入端相连，全桥整流的输出端的正极连接一个阻塞二极管的阳极，阻塞二极管阴极与直流母线电容的一端和功率解耦电路的电感相连。 

4.根据权利要求1所述的直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，其特征是，所述的功率解耦电路由第一开关管及其反并联的二极管、第二开关管及其反并联的二极管、一个电感和一个电容组成，其中电感和第一开关管先串联再并联至直流母线电容上，第一开关管的漏极与电感相连，源极与直流母线电容相连，第二开关管和电容串联再并联在第一开关管上，第二开关管的源极与电容相连，漏级与第一开关管的漏级和电感相连。 

5.根据权利要求1所述的直流母线电容优化的微型光伏并网逆变器，其特征是，所述全桥逆变电路是由4个反并联二极管的功率MOSFET构成的，选用SPWM调制方式，输出端串联一个滤波电感，最终控制输出与电网电压同频同相的正弦电流波，所述直流母线电容和解耦电容均为小容量长寿命的薄膜电容。 

6.一种直流母线电容优化的微型光伏并网逆变控制方法，其特征是，借助于权利要求1所述逆变器实现，并包括如下步骤：周而复始地依次运行最大功率点跟踪控制程序，解耦电路的控制程序、逆变电路控制程序，最大功率点跟踪控制程序具体为：通过光伏输出电压采样电路和光伏输出电流采样电路获得本采样时刻的电压值V(t_n)、电流值I(t_n),并计算功率值P(t_n)，然后计算与上一采样时刻的功率偏差ΔP(t_n)和电压偏差值ΔV(t_n)，若功率偏差ΔP(t_n)＞0且电压偏差值ΔV(t_n)＞0,则增大参考电压值V_{pv_ref},DSP控制器通过功率MOSFET驱动电路增大移相全桥电路占空比，反之亦然； 

解耦电路的控制程序具体为：利用电容电压采样电路检测直流母线电压值V_dc(n)，计算电压偏差ΔV(n)＝k_p1（V_dc（n）-V_{dc_ref}），当ΔV(n)＞0时，直流母线电压V_dc(n)高于给定参考值V_{dc_ref}时，DSP控制器通过驱动电路控制第二开关管关断，第一开关管工作于PWM模式，解耦变换器工作于Boost模式吸收能量，直流母线电容C_dc为功率解耦电路电容C_de充电储存能量，采用P控制加快系统的响应速度，第一开关管的开关规律：a为初值为0，幅值为200，频率为10KHz，对称三角波，电压偏差ΔV(n)与a比较，当ΔV(n)＞a时，开通第一开关管；当ΔV(n)＜a时，关断第一开关管；当ΔV(n)＜0时，直流母线电压V_dc低于给定参考值V_{dc_ref}时，DSP控制器通过驱动电路控制第一开关管关断，第二开关管工作于PWM模式，解耦变换器工作于Buck^[8]模式释放能量，将存储在功率解耦电路电容中C_de的能量通过Buck电路释放到直流母线电容C_dc侧，以补偿直流母线侧能量的减少；采用P控制加快系统的响应速度，第二开关管的开关规律：b为初值为0，幅值为-200，频率为10KHz，对称三角波，电压偏差ΔV(n)与b比较，当ΔV(n)＞b时，关断第二开关管；当ΔV(n)＜b时，开通第二开关管。 

逆变电路控制程序具体为：利用并网电流采样电路得到并网电流瞬时采样值i₀(n)，利用电容电压采样电路检测直流母线电压值V_dc(n)，计算得出电压误差e_n，经过PI控制器得到电流参考值的幅值再利用锁相环电路得到电网电压的相位计算得到电流参考值 将与i₀(n)做差得到Δi_n，在经过PR控制器，得到一个结果c_n；把电容传递函数前馈到PR控制器输出侧，计算得到i_w(n)，用c_n减去i_w(n)得到Ds（n）就是输入到单极性SPWM模块的值，逆变电路功率MOSFET S1-S4的控制规律：f为初值为-2，终值为2，频率为10KHz，对称三角波，当Ds（n）>f时，DSP控制器通过驱动电路控制开通S4，关断S2；当Ds（n）<f时,DSP控制器通过驱动电路控制关断S4，开通S2；当（-1）*Ds（n）>f时，DSP控制器通过驱动电路控制开通S3，关断S1；当（-1）*Ds（n）Ds（n）<f时,DSP控制器通过驱动电路控制关断S3，开通S1。