本發(fā)明涉及光伏領域，更具體地，涉及一種用于光儲發(fā)電系統(tǒng)的三端口dc-ac變換器控制方法及裝置。

背景技術：

1、光儲發(fā)電系統(tǒng)是一種結合了光伏設備和儲能設備的發(fā)電系統(tǒng)，旨在解決光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問題，提高能源的利用效率和可靠性。用于光儲發(fā)電系統(tǒng)的三端口dc-ac變換器通常采用半隔離結構，其中基于雙有源橋（dual?active?bridge，dab）電路的三端口dc-ac變換器以其高效率、高功率密度和良好的電磁兼容性而著稱，特別適用于需要雙向功率流動和電氣隔離的應用場合。如圖1所示，基于dab電路的三端口dc-ac變換器具有輸出與輸入電氣隔離、各個端口間單級變換、電路簡潔、應用前景廣泛等特點，在新能源發(fā)電系統(tǒng)中具有重要的理論和應用價值。

2、如圖2所示，圖2是公開的一種并/離網(wǎng)型光儲發(fā)電系統(tǒng)的電路拓撲圖（參見中國發(fā)明專利cn117977699a），其中，電路拓撲由光伏電池組件、蓄電池儲能單元、交流負載、三端口dc-ac變換器、交流電網(wǎng)、輸出濾波電感 lf、光伏端口濾波電容 cpv、電池端口濾波電容 cbat、輸出濾波電容 cf組成。其中，三端口dc-ac變換器一次側由ibbc電路與逆變橋集成，包括3個電感 l1、 l2、 lp，四個開關管vg1、vg2、vg3、vg4；二次側由周波變換器構成，包括八個開關管q1p、q1n、q2p、q2n、q3p、q3n、q4p、q4n（這里，將二次側橋臂開關管分為p、n兩組，p組包括q1p-q4p，n組包括q1n-q4n）。所述三端口dc-ac變換器的輸入端口1與光伏電池連接，輸入端口2與蓄電池連接；所述三端口dc-ac變換器的輸出端口與cl濾波器連接；所述cl濾波器連接交流負載，交流負載經(jīng)濾波電感 l4與交流電網(wǎng)連接。

3、然而，對于圖2所示的光儲發(fā)電系統(tǒng)，由于基于dab的三端口dc-ac變換器通常采用脈沖寬度調制（pulse?width?modulation，pwm）+擴展移相（extended?phase?shift，eps）控制，其控制思路在于通過使用交錯升降壓電路（interleaved?buck-boost?converter，ibbc）控制光伏端口和蓄電池端口間的功率流動，實現(xiàn)光伏端口的最大功率點跟蹤控制（maximum?power?point?tracking，mppt）；采用eps和正弦脈沖寬度調整調制（sinusoidalpulse?width?modulation，spwm）來控制交流輸出，通過調整調制參數(shù)和相移來控制輸出功率和波形質量；通過調整eps調制中的相移和調制指數(shù)，控制光伏、蓄電池、交流端口的功率流向。最終得到的調制波形如圖3所示。

4、圖3所示的控制方法能夠在全范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關操作，但存在以下缺陷：

5、1）該控制方式工作在如圖4（a）和圖4（b）所示的兩種工作模式下，都存在功率回流問題，產(chǎn)生了無功功率，降低了系統(tǒng)的變換效率；

6、2）在圖4（a）和圖4（b）所示的工作模式下，三端口dc-ac變換器的輸出端口輸出功率的平均值為：

7、

8、在并網(wǎng)模式下得到的輸出電流 io為：

9、

10、在離網(wǎng)模式下得到的輸出電壓為：

11、

12、根據(jù)計算得到的理論輸出波形與實驗波形如圖5（a）和圖5（b）所示，由于輸出波形質量差，為了達到低總諧波失真（total?harmonic?distortion，thd），需要較大的輸出濾波器，增加系統(tǒng)的成本和體積。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于光儲發(fā)電系統(tǒng)的三端口dc-ac變換器控制方法及裝置，用于克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

2、本發(fā)明實施例提供了一種用于光儲發(fā)電系統(tǒng)的三端口dc-ac變換器控制方法，其包括：

3、s101，采樣光伏端口輸出電壓 upv和輸出電流 ipv，經(jīng)mppt控制算法得到最大功率點電壓，將與 upv的差值經(jīng)pi調節(jié)器得到占空比d；

4、s102，在并網(wǎng)模式下，采樣交流端口輸出電流 io，將其與輸出電流參考值的差值經(jīng)pi調節(jié)器得到并網(wǎng)模式的二次側導通角；

5、s103，根據(jù)軟開關條件以及二次側導通角得到一次側導通角；

6、s104，將所述占空比d、二次側導通角和一次側導通角輸入控制信號生成器生成所需的控制信號vg1、vg2、vg3、vg4、qp、qn；

7、s105，根據(jù)所述控制信號vg1、vg2、vg3、vg4控制一次側橋臂開關管vg1、vg2、vg3、vg4，根據(jù)所述控制信號qp、qn控制三端口dc-ac變換器的二次側橋臂的p、n兩組開關管，使得所述三端口dc-ac變換器全周期均處于零無功工作模式。

8、優(yōu)選地，在步驟s103中，還包括：

9、對一次側導通角進行正弦調制。

10、優(yōu)選地，一次側橋臂的控制信號vg1與vg2的占空比為d，vg1與vg3、vg2與vg4互補導通，以實現(xiàn)光伏與蓄電池端口的電壓匹配，通過在vg1與vg2之間引入相移角的方式，實現(xiàn)sdps調制所需的一次側導通角；

11、二次側橋臂的控制信號qp與qn的占空比為1-d，其中qn與vg4同步導通，在qn與qp間引入一恒定相移角，以實現(xiàn)二次側導通角。

12、優(yōu)選地，在步驟s103中，所述軟開關條件為，其中， uo為在離網(wǎng)模式下得到的輸出電壓。

13、優(yōu)選地，所述三端口dc-ac變換器存在正半周與負半周兩種工作狀態(tài)；二次側橋臂的p組開關管包括q1p-q4p，n組開關管包括q1n-q4n；控制信號qp、qn在正半周時分別控制q1p、q2p，在負半周時分別控制q2n、q1n；q3p、q4p與q1p、q2p互補導通；q3n、q4n與q1n、q2n互補導通。

14、優(yōu)選地，對于正、負半周，qp、qn對應的二次側開關狀態(tài)如下表所示：

15、

16、其中，0表示低電平信號，1表示高電平信號。

17、優(yōu)選地，所述蓄電池端口存在充放電兩種工作狀態(tài)；設所述三端口dc-ac變換器處于正半周而蓄電池端口處于放電狀態(tài)，則三端口dc-ac變換器的高頻開關過程分為如下6個區(qū)間：

18、t0-t1區(qū)間：一次側橋臂開關管vg2、vg3關斷，vg1、vg4導通；二次側橋臂開關管q1p、q2p關斷，其余開關管導通；此時一次側正向導通，為電感 lp充電，二次側進入續(xù)流模式； l1為cpv充電， l2進入充電狀態(tài)；

19、t1-t2區(qū)間：一次側橋臂開關管vg3、vg4關斷，vg1、vg2導通；二次側橋臂開關管q2p、q3p關斷，其余開關管導通。此時一次側ibbc電路與電感 lp回路公用vg1、vg2通路，但不在光伏端口與電感 lp間傳遞能量；二次側正向導通，將 lp中能量完全傳輸至二次側； l1、 l2同時為cpv充電；

20、t2-t3區(qū)間：一次側橋臂開關管vg3、vg4關斷，vg1、vg2導通；二次側橋臂開關管q3p、q4p關斷，其余開關管導通；此時一次側ibbc電路與電感 lp回路公用vg1、vg2通路，但不在光伏端口與電感 lp間傳遞能量；二次側進入續(xù)流模式； l1、 l2同時為cpv充電；

21、t3-t4區(qū)間：一次側橋臂開關管vg1、vg4關斷，vg2、vg3導通；二次側橋臂開關管q3p、q4p關斷，其余開關管導通；此時一次側反向導通，為電感 lp充電，二次側進入續(xù)流模式； l2為cpv充電， l1進入充電狀態(tài)；

22、t4-t5區(qū)間：一次側橋臂開關管vg1、vg2關斷，vg3、vg4導通；二次側橋臂開關管q1p、q4p關斷，其余開關管導通。此時一次側ibbc電路與電感 lp回路公用vg3、vg4通路，但不在光伏端口與電感 lp間傳遞能量；二次側反向導通，將 lp中能量完全傳輸至二次側； l1、 l2同時進入充電狀態(tài)；

23、t5-t6區(qū)間：一次側橋臂開關管vg1、vg2關斷，vg3、vg4導通；二次側橋臂開關管q1p、q2p關斷，其余開關管導通；此時一次側ibbc電路與電感 lp回路公用vg3、vg4通路，但不在光伏端口與電感 lp間傳遞能量；二次側進入續(xù)流模式； l1、 l2同時進入充電狀態(tài)。

24、優(yōu)選地，還包括：

25、采樣蓄電池端口電流 ibat，通過安時積分法得到蓄電池soc，結合輸入輸出電流限制，在超出正常范圍時搶占二次側導通角控制優(yōu)先級以保護蓄電池。

26、優(yōu)選地，在全周期工作模式下，輸出電壓 uo、輸出電流 io與一次側導通角成線性關系。

27、本發(fā)明實施例還提供了一種用于光儲發(fā)電系統(tǒng)的三端口dc-ac變換器控制裝置，其包括：

28、占空比計算單元，用于采樣光伏端口輸出電壓 upv和輸出電流 ipv，經(jīng)mppt控制算法得到最大功率點電壓，將與 upv的差值經(jīng)pi調節(jié)器得到占空比d；

29、二次側導通角獲取單元，用于采樣交流端口輸出電流 io，將其與輸出電流參考值的差值經(jīng)pi調節(jié)器得到并網(wǎng)模式的二次側導通角；

30、一次側導通角獲取單元，用于根據(jù)軟開關條件以及二次側導通角得到一次側導通角；

31、控制信號生成單元，用于將所述占空比d、二次側導通角和一次側導通角輸入控制信號生成器生成所需的控制信號vg1、vg2、vg3、vg4、qp、qn；

32、控制單元，用于根據(jù)控制信號vg1、vg2、vg3、vg4控制一次側橋臂開關管vg1、vg2、vg3、vg4，根據(jù)所述控制信號qp、qn控制三端口dc-ac變換器的二次側橋臂的p、n兩組開關管，使得所述三端口dc-ac變換器全周期均處于零無功工作模式。

33、綜上所述，本發(fā)明實施例提出的控制方法具有如下優(yōu)點：

34、（1）本發(fā)明實施例所提出的三端口dc-ac變換器控制方式在全周期工作模式下都不存在無功功率，解決了基于dab原理的逆變器的功率回流問題，實現(xiàn)了dab電路的功率傳輸過程中零無功功率，提高了系統(tǒng)的變換效率；

35、（2）本發(fā)明實施例所提出的三端口dc-ac變換器控制方式對于一次側導通角使用正弦調制，在全周期工作模式下，輸入電流、電壓幅值與一次側導通角成線性關系，因此極大降低了達到低thd的所需的濾波器。