本發(fā)明屬于電力電子，具體涉及一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)，以及其紋波抑制方法。

背景技術：

1、在兩級式dc-ac并網(wǎng)結構中，保持輸入并網(wǎng)逆變器的電壓恒定對與提高電能質(zhì)量有重要的意義。但是在直流變換器帶逆變并網(wǎng)的結構中，由于電網(wǎng)功率中存在一個二次脈動功率，根據(jù)功率守恒原理，使得在輸入逆變器的電壓中存在二次紋波，這個紋波會增加逆變器開關管的開關損耗，并且對電能質(zhì)量有很大影響。

2、此外為了抑制電壓紋波，在保證后級并網(wǎng)逆變器在能正常工作前提下，盡量選取較小容值的解耦電容，使得整機體積與重量能夠得到降低，提高功率密度。

3、因此需要一種能夠?qū)χ绷髂妇€二次紋波電壓進行抑制還能減小解耦電容的技術，來提高電能質(zhì)量和功率密度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)，可以應用于多種新能源聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)、新能源與儲能裝置聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)等。

2、本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)，由雙有源全橋dc-dc直流變換器和單相并網(wǎng)逆變器構成，所述的雙有源全橋dc-dc直流變換器由原邊全橋和副邊全橋通過高頻變壓器hfl和由cr、lr構成的諧振電路連接而成，原邊全橋由原邊開關管s1～s4構成，副邊全橋由副邊開關管q1～q4構成，原邊全橋的直流端口1和端口2以及電感l(wèi)s1、ls2和開關管s1～s2組成雙boost升壓電路，電感l(wèi)s1＝ls2＝ls，副邊全橋的左側橋臂中點處接入由電感l(wèi)r1、電容cr1構成的lc功率解耦支路；所述的單相并網(wǎng)逆變器包括由開關管k1～k4構成的逆變?nèi)珮蛞约坝呻姼衛(wèi)1、l2和電容c構成的lcl型并網(wǎng)濾波電路，lcl型并網(wǎng)濾波電路通過端口3連接交流并網(wǎng)。

3、所述的一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，其端口1為連接蓄電池的儲能端口，所述的端口2連接光伏發(fā)電模組的新能源端口。

4、本發(fā)明的目的之二在于提供一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，包括如下步驟：

5、s1，開始運行，系統(tǒng)初始化uref給定：給定參考直流母線電壓uref；

6、s2，在完成初始化操作之后，將給定參考直流母線電壓uref與電壓傳感器實測的直流母線電壓udc經(jīng)負反饋比較得到二倍頻紋波電壓vm＝uref-udc，由此分離出二倍頻紋波電壓vm；

7、s3，二倍頻紋波電壓vm經(jīng)過準比例諧振調(diào)節(jié)器pr輸出得到電容電流內(nèi)環(huán)給定值iref，由電流傳感器測量的lc功率解耦支路電容電流ir，兩者比較后的輸出經(jīng)過比例控制器p進行調(diào)節(jié)，經(jīng)過電壓電流雙閉環(huán)控制，最后輸出副邊開關管q1～q4占空比d2的波動量δd；

8、s4，取傳輸功率達到最大時的副邊全橋的占空比穩(wěn)態(tài)工作點d0，與占空比d2的波動量δd相加后得到實際的副邊占空比d2，在穩(wěn)定點d0的基礎上加入波動量δ相加后得到實際的副邊開關管占空比d2＝d0+δ；

9、s5，利用d2進行pmw調(diào)制形成副邊開關管驅(qū)動脈沖：將d2作為副邊開關管占空比，來產(chǎn)生副邊開關管的pwm的調(diào)制信號，控制副邊開關管q1～q4；

10、s6，使lc功率解耦支路的波動功率補償二倍頻紋波功率：通過控制開關管q1～q2的占空比變化，使lc功率解耦支路上的電容電壓uc發(fā)生周期性的波動，從而放出或者吸收二次脈動功率，將直流母線需要緩沖的功率轉(zhuǎn)移到lc功率解耦支路上來，保持了直流母線電壓恒定，起到了抑制直流母線二倍頻紋波電壓的目的；

11、s7，判斷是否停機：在沒有得到停機指令的情況下重復執(zhí)行步驟s2～s6，否則退出運行狀態(tài)。

12、進一步，所述的副邊開關管q1～q4的控制策略是采用直流母線電壓外環(huán)和電容電流內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)控制，當副邊開關管q1和q2占空比為d2，lc功率解耦支路實現(xiàn)對二倍頻功率的緩沖后副邊開關管開關管q3和q4的占空比為1-d2。

13、更進一步，將參考直流母線電壓uref與經(jīng)過低通濾波器濾波后的實際母線電壓udc負反饋進行比較，兩者的差值經(jīng)過pi調(diào)節(jié)器輸出移相角θ，參與到對副邊開關管q1～q4的pwm調(diào)制。

14、再進一步，所述的單相并網(wǎng)逆變器采用基于電容電流內(nèi)環(huán)和電網(wǎng)電流外環(huán)的雙電流環(huán)控制，電容電流內(nèi)環(huán)采用比例控制，電網(wǎng)電流外環(huán)采用直接控制并網(wǎng)電流；令ug為電網(wǎng)電壓采樣值，ug為經(jīng)過鎖相環(huán)輸出電網(wǎng)電壓相位，保證并網(wǎng)電流與并網(wǎng)電壓相位接近，ig*為并網(wǎng)電流幅值給定，由功率平衡可以得出給定值ig*＝2(ppv+pbat)/ug，ig*與鎖相環(huán)的相位乘積得出電網(wǎng)電流瞬時給定值ig*，將ig*和電網(wǎng)電流采樣值ig的誤差通過電網(wǎng)電流外環(huán)準比例諧振調(diào)節(jié)器pr產(chǎn)生電容電流內(nèi)環(huán)的參考值ic*，之后將ic*與電容電流的實測值ic反饋進行比較，兩者的誤差經(jīng)過電容電流內(nèi)環(huán)比例控制器p產(chǎn)生逆變?nèi)珮虻膕pwm調(diào)制信號，實現(xiàn)對逆變器全橋開關管k1～k4的控制。

15、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于dab兩級式dc-ac變換，通過在雙有源橋副邊橋臂接入lc功率解耦支路，有效解決輸入逆變器的直流母線電壓包含二次紋波和提升系統(tǒng)功率密度的問題。

16、本發(fā)明采用了雙閉環(huán)控制輸出副邊全橋占空比的方式，利用這種電路結構和控制策略，可以實現(xiàn)：將系統(tǒng)中的紋波功率從母線電容cdc轉(zhuǎn)移到lc功率解耦支路來，抑制直流母線的二次紋波電壓，使得直流母線電壓保持恒定，提高電能質(zhì)量；在相同的紋波抑制效果下，減少總的解耦電容容值，相對提高系統(tǒng)的功率密度。

技術特征：

1.一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)，其特征在于，由雙有源全橋dc-dc直流變換器和單相并網(wǎng)逆變器構成，所述的雙有源全橋dc-dc直流變換器由原邊全橋和副邊全橋通過高頻變壓器和由cr、lr構成的諧振電路連接而成，原邊全橋由原邊開關管s1～s4構成，副邊全橋由副邊開關管q1～q4構成，原邊全橋的直流端口1和端口2以及電感l(wèi)s1、ls2和開關管s1～s2組成雙boost升壓電路，電感l(wèi)s1＝ls2＝ls，副邊全橋的左側橋臂中點處接入由電感l(wèi)r1、電容cr1構成的lc功率解耦支路；所述的單相并網(wǎng)逆變器包括由開關管k1～k4構成的逆變?nèi)珮蛞约坝呻姼衛(wèi)1、l2和電容c構成的lcl型并網(wǎng)濾波電路，lcl型并網(wǎng)濾波電路通過端口3連接交流并網(wǎng)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)，其特征在于，所述的端口1為連接蓄電池的儲能端口，所述的端口2連接光伏發(fā)電模組的新能源端口。

3.一種如權利要求1所述dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，其特征在于，所述的副邊開關管q1～q4采用直流母線電壓外環(huán)和電容電流內(nèi)環(huán)組成的雙閉環(huán)控制，當副邊開關管q1和q2占空比為d2，lc功率解耦支路實現(xiàn)對二倍頻功率的緩沖后副邊開關管開關管q3和q4的占空比為1-d2。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，其特征在于，將參考直流母線電壓uref與經(jīng)過低通濾波器濾波后的實際母線電壓udc負反饋進行比較，兩者的差值經(jīng)過pi調(diào)節(jié)器輸出移相角θ，參與到對副邊開關管q1～q4的pwm調(diào)制。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于dab的兩級式dc-ac變換器系統(tǒng)的紋波抑制方法，其特征在于，所述的單相并網(wǎng)逆變器采用基于電容電流內(nèi)環(huán)和電網(wǎng)電流外環(huán)的雙電流環(huán)控制，電容電流內(nèi)環(huán)采用比例控制，電網(wǎng)電流外環(huán)直接控制并網(wǎng)電流；令ug為電網(wǎng)電壓采樣值，ug為經(jīng)過鎖相環(huán)輸出電網(wǎng)電壓相位，保證并網(wǎng)電流與并網(wǎng)電壓相位接近，ig*為并網(wǎng)電流幅值給定，由功率平衡可以得出給定值ig*＝2(ppv+pbat)/ug，ig*與鎖相環(huán)的相位乘積得出電網(wǎng)電流瞬時給定值ig*，將ig*和電網(wǎng)電流采樣值ig的誤差通過電網(wǎng)電流外環(huán)準比例諧振調(diào)節(jié)器pr產(chǎn)生電容電流內(nèi)環(huán)的參考值ic*，之后將ic*與電容電流的實測值ic反饋進行比較，兩者的誤差經(jīng)過電容電流內(nèi)環(huán)比例控制器p產(chǎn)生逆變?nèi)珮虻膕pwm調(diào)制信號，實現(xiàn)對逆變器全橋開關管k1～k4的控制。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于DAB的兩級式DC?AC變換器系統(tǒng)，由雙有源全橋DC?DC直流變換器和單相并網(wǎng)逆變器構成，雙有源全橋DC?DC直流變換器由原邊全橋和副邊全橋通過高頻變壓器HFL和由C<subgt;r</subgt;、L<subgt;r</subgt;構成的諧振電路連接而成，單相并網(wǎng)逆變器包括由開關管K<subgt;1</subgt;～K<subgt;4</subgt;構成的逆變?nèi)珮蛞约坝呻姼蠰<subgt;1</subgt;、L<subgt;2</subgt;和電容C構成的LCL型并網(wǎng)濾波電路；還公開了其二次紋波抑制方法和控制策略，通過在雙有源橋副邊中點處連接的LC無源支路將直流母線電容中的二倍頻的脈動功率轉(zhuǎn)移到LC功率解耦支路中來，從而實現(xiàn)功率解耦，進而將直流母線電壓中的二次紋波抑制保持母線電壓穩(wěn)定。

技術研發(fā)人員：夏加富,伍開建,余晗卿,吳媚,匡晟
受保護的技術使用者：武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶集團有限公司第七一二研究所）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9