[发明专利]一种双buck并网逆变器半周期电流畸变抑制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种双buck并网逆变器半周期工作电流畸变抑制系统及其方法，本发明通过对双buck拓扑中buck单元半周期工作状态的分析，确立buck单元工作在电流连续模式和电流断续模式的不同区间，并建立电流连续和断续模式切换时刻和进网电流幅值的对应关系。在电流断续模式下，根据buck单元电压增益和占空比之间的非线性关系，对电流环调节器输出进行调制波等效线性化的修正，使调节器输出到桥臂电压的增益和电流连续时保持一致。本发明通过减小占空比减小电流纹波及电流导通时间，避免了传统控制中因为电感电流纹波带来的电流畸变问题，使半周期工作的双buck逆变器不仅高效可靠，同时实现进网电流低谐波，更有利于双buck拓扑应用在并网逆变器中。

技术领域

本发明涉及DC-AC并网变换器技术领域，具体涉及一种应用于双buck并网逆变器中的半周期电流过零畸变抑制系统及其方法。

背景技术

全球能源消耗呈逐年递增趋势，传统化石能源日益枯竭，同时带来严重的环境污染问题，新能源发电成为解决这一问题的重要途径。风能、太阳能等新能源依托的分布式发电系统在交流电网中占据越来越重要的地位。新能源具有分散性、分时性、区域性、受自然条件影响较大等特点，以新能源发电为主体、和大电网交互的微电网结构近年来引起了广泛关注。作为分布式发电和电网及负载间的关键接口，DC-AC并网逆变器的研究具有重要意义。

传统的桥式逆变器拓扑中桥臂开关管直接串联在直流母线上，考虑到开关管开通关断时间以及驱动延迟等，桥臂上下开关管存在直通的隐患，使直流侧短路，损坏开关管。为了避免直通通常会在互补开通的桥臂上下管驱动信号之间加入死区，死区时间受功率管开关速度及驱动延迟的影响。死区时间内由二极管进行续流，会影响正负电压脉冲的分配，在输出的桥臂电压中引入基波误差和低频谐波，同时也会影响进网电流质量。桥臂开关管采用IGBT时，因为IGBT器件本身结构不存在体二极管，需要额外反并二极管流过反向电流。桥臂开关管采用MOSFET时，死区时间内电流流过体二极管，体二极管特性一般较差，其反向恢复等问题会带来损耗增加等问题。

双buck拓扑作为传统桥式拓扑的一种可替代拓扑，每一相由正负两个buck单元组合而成，具备功率双向流动的能力。正负buck单元都是由开关管、二极管、电感构成的三端结构，并在三个端点侧相连。开关管和二极管串联在直流母线上，其中二极管反向连接从而阻断直通回路，电感连接到开关管和二极管桥臂的中点并引出。双buck拓扑中每相的正负buck单元分别工作于电流正负半周，不存在桥臂开关管直通问题，和传统桥式拓扑相比具有更高的可靠性。而且和采用IGBT的传统桥式拓扑相比，开关器件的数量没有增加。

对于传统桥式拓扑，桥臂输出电流即桥臂侧电感电流在整个区间内工作在电流连续模式，当电流在一个开关周期内的平均值方向发生改变时，因为纹波电流的存在，在电流平均值绝对值小于电流纹波一半的开关周期内，桥臂电流既有电流为正的阶段也有电流为负的阶段。而对于双buck拓扑，因为二极管的存在，正/负buck单元仅能流过单向电流，当其分时工作于电流正负半周时，输出的桥臂电流在一个开关周期内的平均值绝对值的最小值即为纹波电流的一半。当采用双极性调制策略时，在电流过零附近桥臂开关管占空比为0.5左右，此时的电流纹波最大，桥臂输出电流在一个开关周期内的平均值不可能减小到零。在电流基准值绝对值小于纹波电流一半的阶段内，桥臂输出电流不能按基准电流变化，即出现半周期电流过零畸变。三相电流互相耦合，一相电流过零时刻发生畸变在其他相也会出现电流畸变，每个周期电流将出现6次畸变。

桥臂输出电流畸变会在网侧电流中引入畸变，增大进网电流的总谐波含量，增大滤波器尺寸。电流畸变还会导致电流有效值变大，增加了开关器件和磁性器件的损耗。因此，抑制半周期电流过零畸变是将双buck拓扑应用于DC-AC并网变换器所需解决的重要问题。

发明内容

发明目的：本发明所解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供一种抑制双buck拓扑半周期工作电流过零畸变的系统及其控制方法，提高双buck拓扑应用于DC-AC并网变换器时输出性能和工作效率。