(19)國家知識產(chǎn)權(quán)局(72)發(fā)明人陳景文劉兵劉耀先有限公司11703HO2M7/5387(2007.01)HO2M方法端相連接；柵極側(cè)電感L的另一端與電網(wǎng)相連現(xiàn)對單相并網(wǎng)差分降壓逆變器21.一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，包括：第一功率開關(guān)S?,第二功率開關(guān)S?,第三功率開關(guān)S?,第四功率開關(guān)S?,變壓器側(cè)第一電感L1和L2,柵極側(cè)電感Lg,第一電容C1和第二電容C?;所述的第一功率開關(guān)S?的漏極與電源的正極、第二功率開關(guān)S?的漏極相連接；所述的第一功率開關(guān)S?的源極與第三功率開關(guān)S?的漏極、變壓器側(cè)第一電感L1的第一端相連接；所述的第二功率開關(guān)S?的源極與變壓器側(cè)第二電感L2的第一端、第四功率開關(guān)S4的漏極相連接；所述的第三功率開關(guān)S?的源極與電源的負極、第四功率開關(guān)S?的源極相連接；所述第四功率開關(guān)S?的源極與第一電容C1的第二端、第二電容C2的第二端相連接；所述的柵極側(cè)電感Lg的一端與變壓器側(cè)第一電感L1的第二端、第一電容C1的第一端相連接；柵極側(cè)電感L的另一端與電網(wǎng)相連接；所述變壓器側(cè)第二電感L2的一端與電網(wǎng)、第二電容C2的第二端相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，所述第四功率開關(guān)S?的源極與第一電容C1的第二端之間串聯(lián)有電阻R。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，所述第一電容C1和第二電容C?均為功率去耦電容。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，第一功率開關(guān)S?、第二功率開關(guān)S?、第三功率開關(guān)S?和第四功率開關(guān)S?均采用G40N150D開關(guān)管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，所述變壓器側(cè)第一電感L?和第二電感L?均采用T184-52電感。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，所述柵極側(cè)電感7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，其特征在于，所述電網(wǎng)的電壓范圍為180V-250V。8.一種電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至7任一項所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器以及：第一減法器，用于計算參考電流信號ig與實際輸出電流ig間的電流誤差；虛擬阻抗計算器，用于輸入電網(wǎng)電流ig,輸出虛擬電壓信號vz;第二減法器，用于計算虛擬阻抗計算器的輸出值與差模電壓vdiff的差值；第三減法器，用于計算第二減法器與DBI基頻輸出電壓vo1和vo2的差值；電感動態(tài)傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第三減法器所得差值，輸出差模電流idiff;第四減法器，用于計算差模電流idiff與電網(wǎng)電流ig的差值；電容動態(tài)傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第四減法器的差值，輸出v012;第五減法器，用于輸入vo12與電網(wǎng)電壓vg之差；電網(wǎng)側(cè)電感傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第五減法器的差值，輸出電網(wǎng)電流ig。9.權(quán)利要求8所述的一種電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：根據(jù)預(yù)設(shè)的目標，生成參考電流信號ig;將實時監(jiān)測到的實際輸出電流ig與參考電流ig進行比較，得到電流誤差；3將誤差信號輸入到電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)中，電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)根據(jù)誤差調(diào)節(jié)逆變器的紋波消除控制器H。(S)用于輸入直流側(cè)電流idc的紋波分量Viae;輸出用于抵消直流第二減法器，用于輸入共模電流icom與直流側(cè)電二階廣義積分器SOGI,用于輸入直流側(cè)電流idc的紋波分量Vidc,用于輸出與輸入信號Viac同相和正交的分量。4技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于可再生能源并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器、系統(tǒng)及控制方法。背景技術(shù)[0002]單相并網(wǎng)差分降壓逆變器廣泛應(yīng)用于小型住宅光伏發(fā)電系統(tǒng)中，用于將太陽能電池板產(chǎn)生的高壓直流電轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)標準的低壓單相交流電，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。由于住宅光伏系統(tǒng)規(guī)模較小，且輸出電力波動較大，單相并網(wǎng)差分降壓逆變器憑借其高效的能量轉(zhuǎn)換和穩(wěn)壓特性，能夠在降壓的同時有效降低能量損耗，從而提高并網(wǎng)效率。在并網(wǎng)應(yīng)用中，逆變器不僅要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，還需要與電網(wǎng)同步。并網(wǎng)要求逆變器輸出的電壓、頻率和相位與電網(wǎng)嚴格匹配，以避免對電網(wǎng)造成干擾。為了實現(xiàn)這一點，必須使用高精度的控制策略來調(diào)節(jié)逆變器的輸出，常見的控制方法包括脈寬調(diào)制和相位鎖定環(huán)技術(shù)。[0003]中國專利公開號為CN106487267A,名稱為一種單相并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方法的專利申請，電源Vin的正極分別與第一功率開關(guān)管S1的源極、第三功率開關(guān)管S3的源極連接，第一功率管S1的漏極與電感L1、電容C1的輸入端連接，電感L1的輸出端與電源Vin的負極連接，電容C1的輸出端與第二功率開關(guān)S2的源極以及公共部分連接，第二功率開關(guān)S2的漏極與電源Vin負極連接；第三功率管S3的漏極與電感L2、電容C2的輸入端連接，電感L2的輸出端與電源Vin的負極連接，電容C2的輸出端與第四功率開關(guān)S4的源極以及公共部分連接，第四功率開關(guān)S4的漏極與電源Vin負極連接。該專利申請無法減少傳感器數(shù)量來實現(xiàn)電網(wǎng)電流控制和直流側(cè)紋波消除。發(fā)明內(nèi)容[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器、系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明利用引入虛擬阻抗達到內(nèi)部反饋來實現(xiàn)LCL諧振阻尼，通過采用抗諧振濾波器與紋波消除控制器相結(jié)合來實現(xiàn)LC諧振阻尼，以此減少傳感器數(shù)量來實現(xiàn)電網(wǎng)電流控制和直流側(cè)紋波消除，使用4個傳感器來實現(xiàn)對DBI的完全控制。第一方面，本發(fā)明提供一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，包括：第一功率開關(guān)S?,第二功率開關(guān)S?,第三功率開關(guān)S?,第四功率開關(guān)S?,變壓器側(cè)第一電感L1和L?,柵極側(cè)電感Lg,第一電容C1和第二電容C?;所述的第一功率開關(guān)S?的漏極與電源的正極、第二功率開關(guān)S?的漏極相連接；所述的第一功率開關(guān)S?的源極與第三功率開關(guān)S?的漏極、變壓器側(cè)第一電感L1的第一端相連接；所述的第二功率開關(guān)S?的源極與變壓器側(cè)第二電感L2的第一端、第四功率開關(guān)S4的漏極相連接；所述的第三功率開關(guān)S?的源極與電源的負極、第四功率開關(guān)S?的源極相連接；所述第四功率開關(guān)S?的源極與第一電容C1的第二端、第二電容C2的第二端相連接；所述的柵極側(cè)電感Lg的一端與變壓器側(cè)第一電感L1的第二端、第一電容C1的第一端相連接；柵極側(cè)電感Lg的另一端與電網(wǎng)相連接；所述的變壓器側(cè)第二電感L2的一端與電網(wǎng)、第5二電容C2的第二端相連接。[0006]可選地，所述第四功率開關(guān)S?的源極與第一電容C1的第二端之間串聯(lián)有電阻R。[0007]可選地，所述第一電容C1和第二電容C?均為功率去耦電容。[0008]可選地，第一功率開關(guān)S?、第二功率開關(guān)S?、第三功率開關(guān)S?和第四功率開關(guān)S?均[0009]可選地，所述變壓器側(cè)第一電感L?和第二電感L?均采用T184-52電感。[0012]第二方面，本發(fā)明提供一種電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)，包括所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器以及：第一減法器，用于計算參考電流信號ig"與實際輸出電流ig間的電流誤差；雙諧振控制器，用于輸入所述電流誤差，輸出差模電壓vd虛擬阻抗計算器，用于輸入電網(wǎng)電流ig,輸出虛擬電壓信號vz;第二減法器，用于計算虛擬阻抗計算器的輸出值與差模電壓vdiff的差值；第三減法器，用于計算第二減法器與DBI基頻輸出電壓vol和vo2的差值；電感動態(tài)傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第三減法器所得差值，輸出差模電流第四減法器，用于計算差模電流idiff與電網(wǎng)電流ig的差值；電容動態(tài)傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第四減法器的差值，輸出v012;第五減法器，用于輸入vo12與電網(wǎng)電壓vg之差；電網(wǎng)側(cè)電感傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入第五減法器的差值，輸出電網(wǎng)電流ig。[0013]第三方面，本發(fā)明提供所述的一種電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下根據(jù)預(yù)設(shè)的目標，生成參考電流信號i?;將實時監(jiān)測到的實際輸出電流ig與參考電流ig*進行比較，得到電流誤差；將誤差信號輸入到電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)中，電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)根據(jù)誤差調(diào)節(jié)逆變器實時調(diào)整兩個降壓逆變器的工作狀態(tài)，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)調(diào)制信號vm1和vm2來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間。[0014]第四方面，本發(fā)明提供一種紋波消除控制系統(tǒng)，包括所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器以及：抗共振濾波器G(s),用于輸入用于抵消直流側(cè)的紋波電流;輸出共模電壓紋波消除控制器H。(s)用于輸入直流側(cè)電流idc的紋波分量Viac;輸出用于抵消直流側(cè)紋波電流的共模電壓vcom;電感與電容動態(tài)傳遞函數(shù)計算模塊，用于輸入共模電壓vcom;輸出共模電流icom;6第一減法器，用于輸入與Viac同相和正交的分量，用于輸出直流側(cè)第二減法器，用于輸入共模電流icom與直流側(cè)電流idc中高頻紋波分量Via,(S)二階廣義積分器SOGI,用于輸入直流側(cè)電流idc的紋波分量Viac,用于輸出與輸本發(fā)明公開了一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器、系統(tǒng)及阻抗達到內(nèi)部反饋來實現(xiàn)LCL諧振阻尼，通過采用抗諧傳感器來實現(xiàn)對DBI的完全控制，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，同時降低了傳感器數(shù)量的負附圖說明[0017]在此描述的附圖僅用于解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圖2為本發(fā)明中基于傳感器的單相并網(wǎng)差分降壓逆變器的電網(wǎng)電流控制框圖；圖3為本發(fā)明中基于傳感器的單相并網(wǎng)差分降壓逆變器的紋波電流消除控制框7例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護的范圍。[0019]因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。[0021]當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施例。若出現(xiàn)術(shù)語“水是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。在本發(fā)明的描述在或添加。[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。如在本發(fā)明說明書和所附權(quán)利要求書中所使復(fù)數(shù)形式。[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。[0025]一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，包括：第一功率開關(guān)S?,第二功率開關(guān)S?,第三功率開關(guān)S?,第四功率開關(guān)S?,變壓器側(cè)第一電感L1和L2,柵極側(cè)電感Lg,第一電容C1和第二電容C?;所述的第一功率開關(guān)S?的漏極與電源的正極、第二功率開關(guān)S?的漏極相連接；所述的第一功率開關(guān)S?的源極與第三功率開關(guān)S?的漏極、變壓器側(cè)第一電感L1的第一端相連接；所述的第二功率開關(guān)S?的源極與變壓器側(cè)第二電感L2的第一端、第四功率開關(guān)S4的漏極相連接；所述的第三功率開關(guān)S?的源極與電源的負極、第四功率開關(guān)S?的源極相連接；所述第四功率開關(guān)S?的源極與第一電容C1的第二端、第二電容C2的第二端相連接；所述的柵極側(cè)電感Lg的一端與變壓器側(cè)第一電感L1的第二端、第一電容C1的第一端相連接；柵極側(cè)電感Lg的另一端與電網(wǎng)相連接；所述的變壓器側(cè)第二電感L2的一端與電網(wǎng)、第二電容C2的第二端相連接。8[0026]本發(fā)明通過引入虛擬阻抗達到內(nèi)部反饋，利用柵極電流測量實現(xiàn)了差分降壓逆變器中的LCL諧振阻尼，由于柵極電流已經(jīng)被柵極電流控制所感知，因此無需任何額外的LCL諧振阻尼傳感器；由于LC諧振的存在，直流母線紋波消除控制所看到的對象是輕微阻尼的，本發(fā)明通過采用抗諧振濾波器與紋波消除控制器相結(jié)合，實現(xiàn)了無傳感器的LC諧振阻尼。[0027]實施例1如圖1所示，為本發(fā)明中基于傳感器的單相并網(wǎng)差分降壓逆變器的結(jié)構(gòu)圖，其中單相并網(wǎng)差分降壓逆變器，包括第一功率開關(guān)S?,第二功率開關(guān)S?,第三功率開關(guān)S?,第四功率開關(guān)S?,變壓器側(cè)第一電感L1和L?,柵極側(cè)電感Lg,第一電容C1和C?;所述的第一功率開關(guān)S?的漏極與電源的正極、第二功率開關(guān)S?的漏極相連接；源極與第三功率開關(guān)S?的漏極、變壓器側(cè)第一電感L1的一端相連接；所述的第二功率開關(guān)S?的源極與變壓器側(cè)第二電感L2的一端、第四功率開關(guān)S4的漏極相連接；所述的第三功率開關(guān)S?的源極與電源的負極、第四功率開關(guān)S?的源極相連接；所述的柵極側(cè)電感L的一端與變壓器側(cè)第一電感L1的一端、第一電容C1的一端相連接；柵極側(cè)電感L的另一端與電網(wǎng)相連接；所述的變壓器側(cè)第二電感L2的一端與電網(wǎng)、第二電容C2相連接；變壓器側(cè)第二電感L2的另一端與第三功率開關(guān)S?源極、第四功率開關(guān)S4的漏極相連接；所述的第一功率開關(guān)S?和第二功率開關(guān)S?、第三功率開關(guān)S?和第四功率開關(guān)S?分別形成開關(guān)對，兩對開關(guān)以互補的工作方式進行啟停工作，以實現(xiàn)變壓器側(cè)第一電感L1和L?,柵極側(cè)電感Lg,第一電容C1和C?的導(dǎo)通路徑。[0028]本發(fā)明控制方法的具體操作步驟：將注入電網(wǎng)所需的差分輸出電壓表示為：其中，ig是電網(wǎng)電流，是操作兩個具有相同但180°相移調(diào)制信號的變換器合成的將電壓和作為占空比的函數(shù)為：vn=Vaad式2其中，d?和d?分別為逆變器1和2的頂開占空比。共模和差模電流為：對于該差分降壓逆變器，其電網(wǎng)電流的傳遞函數(shù)表示為：9其中，R,是電感的等效串聯(lián)電感。[0030]電網(wǎng)電流的開環(huán)傳遞函數(shù)為：PI控制器的傳遞函數(shù)為：[0031]閉環(huán)傳遞函數(shù)為：通過設(shè)計控制器參數(shù)，使得反饋系統(tǒng)在開關(guān)頻率范圍內(nèi)具有足夠的帶寬來調(diào)節(jié)電對于該差分降壓逆變器，其電感電流的動態(tài)方程表示為：輸出電流與電感電流之間的關(guān)系能夠通過濾波器的傳遞函數(shù)來描述，LC濾波器的傳遞函數(shù)為：式11其中，。是濾波器的截止頻率，Q是濾波器的品質(zhì)因數(shù)。[0033]將電感電流傳遞函數(shù)和濾波器傳遞函數(shù)相結(jié)合，得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：PI控制器的傳遞函數(shù)為：式13其中，Kp和K,是比例增益和積分增益。通過設(shè)計控制器參數(shù)，使得反饋系統(tǒng)在開關(guān)頻率范圍內(nèi)具有足夠的帶寬來調(diào)節(jié)電進一步，采用電網(wǎng)電流和直流側(cè)電流兩個反饋來實現(xiàn)對DBI的控制：DBI的控制基本上采用兩個反饋，即電網(wǎng)電流ig和直流側(cè)電流iae,分別跟蹤給定的參考命令ig和ia。[0035]其中電網(wǎng)電流反饋控制通常采用電流跟蹤控制或電流模式控制。[0036]首先根據(jù)預(yù)設(shè)的目標，生成參考電流信號ig,該電流信號與電網(wǎng)電壓Y?同步；然后將實時監(jiān)測到的實際輸出電流ig與參考電流ig*進行比較，得到電流誤差；最后將誤差信號輸入到電流調(diào)節(jié)器中，控制器根據(jù)誤差調(diào)節(jié)逆變器的PWM占空比，實時調(diào)整兩個降壓逆變器的工作狀態(tài)，進而控制輸出電流的波形、相位和幅值。[0037]直流側(cè)電流反饋控制根據(jù)系統(tǒng)的功率需求，首先生成直流電流的參考值iad,同時考慮到電網(wǎng)電流的反饋，調(diào)整輸入功率以滿足實時負載；然后將實際檢測到的直流輸入電流與參考值進行比較，計算出誤差信號；最后將誤差信號輸入到電流調(diào)節(jié)器中，調(diào)節(jié)逆變器直流側(cè)的輸入電流，[0038]進一步，通過引入虛擬阻抗達到內(nèi)部反饋來實現(xiàn)LCL諧振阻尼，從而減少一個傳感在柵極電流路徑上串聯(lián)引入虛擬阻抗Z(s)來衰減LCL諧振，給定為：Z(s)=±kas/(s+①p)式15內(nèi)環(huán)回路修改外部電網(wǎng)電流控制回路所看到的對象，給定為：記ka的臨界值為k,令式10中A=0,得到：選擇一個比kc低的ka,使得諧振極點位于最大可能的阻尼線上，得到充分阻尼的外回路電流控制環(huán)的回路增益為：Ta(s)=Ga(s)Ha(s)式19[0039]進一步，采用單回路消除內(nèi)部LC諧振阻尼回路以減少一個傳感器數(shù)量，如式20、提出的控制執(zhí)行無傳感器LC諧振阻尼，采用濾波器G?(s)與H。(s)相結(jié)合，濾波器G?(s)表示為：其中，@n和ξ分別為分子二階多項式提供的反諧振固有頻率和阻尼比。[0040]采用與共模電流iom電流路徑串聯(lián)的小無源電阻R。,直流側(cè)紋波電流△iac反饋得到的模型為：△iae(s)/vcom(s)@G(s)=Cs/(LCs2+RCs+1)式21其中，在n=1和n=2時，選擇@n分別為20?和4o?。[0041]實施例2一種電網(wǎng)電流控制系統(tǒng)，如圖2所示，控制系統(tǒng)包含一個電網(wǎng)電流反饋回路，目的是穩(wěn)定系統(tǒng)，以避免LCL共振，同時通過引入阻尼因子Z(s)幫助最小化LCL共振的干擾，從而使電網(wǎng)電流控制回路具有穩(wěn)定性。該控制器還通過將電網(wǎng)電流控制回路與阻尼機制協(xié)同工作，來減少傳感器的需求。輸入為參考電流信號g,輸出為電網(wǎng)電流g。[0042]包括所述的一種單相并網(wǎng)差分降壓逆變器以及：第一減法器，用于計算參考電流信號i?"與實際輸出電流g間的電流誤差；雙諧振控制器Hdh(s),用于輸入所述電流誤差，輸出差模電壓vdiff;虛擬阻抗計算器Z(s),用于輸入電網(wǎng)電流ig,輸出虛擬電壓信號vz=Z(S)*ig;第二減法器，用于計算虛擬阻抗計算器