專利名稱：升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法，屬逆變器及其控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著環(huán)境污染的日益加劇和化石能源的不斷緊缺，可再生能源由于具有 清潔安全、無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的關(guān)注。但太陽能電池和燃料電池等的 輸出為直流電，而電網(wǎng)電壓為交流電，因此，并網(wǎng)逆變器成為分布式發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成 部分。又由于太陽能電池和燃料電池等的輸出電壓范圍寬，有時低于電網(wǎng)電壓，有時高于電 網(wǎng)電壓，因此，采用傳統(tǒng)的單級降壓型逆變器無法實現(xiàn)，通常需要再加一個前級DC-DC變換 器，從而提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了可靠性，增加了系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對傳統(tǒng)降壓型并網(wǎng)逆變器的缺陷，提出一種單級升降壓并網(wǎng) 逆變器及其控制方法。本發(fā)明升降壓并網(wǎng)逆變器，由電源、公共電路、第一橋臂電路、第二橋臂電路、第一 濾波電感和第二濾波電感組成，其中公共電路包括第三、第四功率開關(guān)管，第三、第四二極 管，阻尼電阻，濾波電容，網(wǎng)側(cè)濾波電感和電網(wǎng)電壓；第一橋臂電路包括第一、第五功率開 關(guān)管，第一二極管；第二橋臂電路包括第二、第六功率開關(guān)管，第二二極管；電源的正極分 別與第一功率開關(guān)管的源極、第三功率開關(guān)管的漏極、第四功率開關(guān)管的漏極和第二功率 開關(guān)管的源極連接；第三功率開關(guān)管的源極與第三二極管的陽極連接，第三二極管的陰極 分別與阻尼電阻的一端和網(wǎng)側(cè)濾波電感的輸入端連接構(gòu)成公共電路的中間端，阻尼電阻的 另一端與濾波電容的正端連接，網(wǎng)側(cè)濾波電感的輸出端與電網(wǎng)電壓的正極連接，電網(wǎng)電壓 的負(fù)極和濾波電容的負(fù)端與第四二極管的陰極連接接地，第四二極管的陽極與第四功率開 關(guān)管的源極連接；第一功率開關(guān)管的漏極與第一二極管的陰極連接，第一二極管的陽極與 第五功率開關(guān)管的漏極連接構(gòu)成第一橋臂電路的中間端，第五功率開關(guān)管的源極與電源的 負(fù)極連接；第二功率開關(guān)管的漏極與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極與第六功 率開關(guān)管的漏極連接構(gòu)成第二橋臂電路的中間端，第六功率開關(guān)管的源極與電源的負(fù)極連 接；第一濾波電感的輸入端與第一橋臂電路的中間端連接，第一濾波電感的輸出端與公共 電路的中間端連接；第二濾波電感的輸入端接地，第二濾波電感的輸出端與第二橋臂電路 的中間端連接。升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法如下采用電流傳感器采樣第一濾波電感的電流輸 出第一濾波電感電流反饋信號；采用電流傳感器采樣第二濾波電感的電流輸出第二濾波電 感電流反饋信號；采用電壓傳感器采樣所述電網(wǎng)電壓經(jīng)過鎖相環(huán)(PLL)輸出與電網(wǎng)電壓同 頻、同相的進(jìn)網(wǎng)電流給定；采用電流傳感器采樣進(jìn)網(wǎng)電流輸出進(jìn)網(wǎng)電流反饋信號；將所述 進(jìn)網(wǎng)電流給定與進(jìn)網(wǎng)電流反饋信號通過進(jìn)網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器輸出電感電流給定；將所述電感電 流給定與第一濾波電感電流反饋信號通過第一滯環(huán)電流比較器輸出第一開關(guān)邏輯信號；將
4所述電感電流給定通過過零比較器輸出第二開關(guān)邏輯信號；將所述第一開關(guān)邏輯信號、第 二開關(guān)邏輯信號通過第一與門輸出第一功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號，所述第一功率開關(guān)管 的開關(guān)邏輯信號通過第一驅(qū)動電路驅(qū)動第一功率開關(guān)管；將所述第一開關(guān)邏輯信號通過第 二反相器后與第二開關(guān)邏輯信號通過第二與門輸出第五功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號，所述 第五功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號通過第五驅(qū)動電路驅(qū)動第五功率開關(guān)管；將所述電感電流 給定與第二濾波電感電流反饋信號通過第二滯環(huán)電流比較器輸出第三開關(guān)邏輯信號；將所 述第二開關(guān)邏輯信號、第三開關(guān)邏輯信號通過第三與門輸出第六功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信 號，所述第六功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號通過第六驅(qū)動電路驅(qū)動第六功率開關(guān)管；將所述 第三開關(guān)邏輯信號通過第三反相器后與第二開關(guān)邏輯信號通過第四與門輸出第二功率開 關(guān)管的開關(guān)邏輯信號，所述第二功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號通過第二驅(qū)動電路驅(qū)動第二功 率開關(guān)管；將所述第二功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號與第五功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號通過 第一或門后通過第三驅(qū)動電路驅(qū)動第三功率開關(guān)管；將所述第一功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信 號與第六功率開關(guān)管的開關(guān)邏輯信號通過第二或門后通過第四驅(qū)動電路驅(qū)動第四功率開 關(guān)管。本發(fā)明升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法沒有傳統(tǒng)橋式逆變器橋臂的功率管直通 問題，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；各開關(guān)管不需要設(shè)死區(qū)時間；可實現(xiàn)單級升降壓變換，不 需要傳統(tǒng)降壓型并網(wǎng)逆變器的兩級變換；四個功率開關(guān)管在半個輸出周期內(nèi)高頻開關(guān)，減 少了開關(guān)損耗，提高了變換效率。


圖1 本發(fā)明電路拓?fù)鋱D； 圖2 本發(fā)明控制原理圖3 本發(fā)明主要波形示意圖； 圖4 本發(fā)明模態(tài)1時的工作電路原理圖； 圖5 本發(fā)明模態(tài)2時的工作電路原理圖； 圖6 本發(fā)明模態(tài)3時的工作電路原理圖； 圖7 本發(fā)明模態(tài)4時的工作電路原理圖。圖中的主要符號名稱Win~電源電壓，S1 S6——功率開關(guān)管，D1 D4——二 極管，Z工，L2——濾波電感，Lg——網(wǎng)側(cè)濾波電感，Cf~濾波電容，Ra——阻尼電阻，Ugrid~ 電網(wǎng)電壓，4——進(jìn)網(wǎng)電流，izl，ii2——電感乙和、的電流。
具體實施例方式如圖1和2所示。一種升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法，所述升降壓并網(wǎng)逆變器 由電源^in、公共電路1、第一橋臂電路2、第二橋臂電路3、第一濾波電感Z1和第二濾波電感 L2組成，其中電源Uin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的漏極、 第四功率開關(guān)管S4的漏極和第二功率開關(guān)管S2的源極連接；公共電路1由第三功率開關(guān)管 S3的源極與第三二極管D3的陽極連接，第三二極管D3的陰極分別與阻尼電阻/Pd的一端和 網(wǎng)側(cè)濾波電感4的輸入端連接構(gòu)成公共電路1的中間端B，阻尼電阻TPd的另一端與濾波電 容G的正端連接，網(wǎng)側(cè)濾波電感Zi的輸出端與電網(wǎng)電壓的正極連接，電網(wǎng)電的負(fù)極和濾波電容G的負(fù)端與第四二極管D4的陰極連接接地，第四二極管D4的陽極與第四功 率開關(guān)管S4的源極連接；第一橋臂電路2由第一功率開關(guān)管S1的漏極與第一二極管D1的 陰極連接，第一二極管D1的陽極與第五功率開關(guān)管S5的漏極連接構(gòu)成第一橋臂電路2的中 間端A，第五功率開關(guān)管S5的源極與電源的負(fù)極連接；第二橋臂電路3由第二功率開關(guān) 管S2的漏極與第二二極管D2的陰極連接，第二二極管D2的陽極與第六功率開關(guān)管S6的漏 極連接構(gòu)成第二橋臂電路3的中間端C，第六功率開關(guān)管S6的源極與電源Uin的負(fù)極連接； 第一濾波電感乙的輸入端與第一橋臂電路2的中間端A連接，第一濾波電感Z1的輸出端與 公共電路1的中間端B連接；第二濾波電感、的輸入端接地，第二濾波電感、的輸出端與 第二橋臂電路3的中間端C連接；
控制方法如下采用電流傳感器采樣第一濾波電感Z1的電流izl輸出第一濾波電感Z1 電流反饋信號；采用電流傳感器采樣第二濾波電感、的電流iZ2輸出第二濾波電感Z2 電流反饋信號iLfi ；采用電壓傳感器采樣所述電網(wǎng)電壓Ugrid經(jīng)過鎖相環(huán)PLL輸出與電網(wǎng)電 同頻、同相的進(jìn)網(wǎng)電流給定；采用電流傳感器采樣進(jìn)網(wǎng)電流矣輸出進(jìn)網(wǎng)電流反饋 信號igf ；將所述進(jìn)網(wǎng)電流給定iref與進(jìn)網(wǎng)電流反饋信號igf通過進(jìn)網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器輸出電感 電流給定iLref ；將所述電感電流給定iLref與第一濾波電感乙電流反饋信號iLfl通過第一滯 環(huán)電流比較器輸出第一開關(guān)邏輯信號；將所述電感電流給定4&通過過零比較器輸出第二 開關(guān)邏輯信號；將所述第一開關(guān)邏輯信號、第二開關(guān)邏輯信號通過第一與門輸出第一功率 開關(guān)管S1的開關(guān)邏輯信號，所述第一功率開關(guān)管S1的開關(guān)邏輯信號通過第一驅(qū)動電路驅(qū)動 第一功率開關(guān)管S1 ；將所述第一開關(guān)邏輯信號通過第二反相器后與第二開關(guān)邏輯信號通過 第二與門輸出第五功率開關(guān)管S5的開關(guān)邏輯信號，所述第五功率開關(guān)管S5的開關(guān)邏輯信號 通過第五驅(qū)動電路驅(qū)動第五功率開關(guān)管S5 ；將所述電感電流給定與第二濾波電感、電 流反饋信號iLn通過第二滯環(huán)電流比較器輸出第三開關(guān)邏輯信號；將所述第二開關(guān)邏輯信 號、第三開關(guān)邏輯信號通過第三與門輸出第六功率開關(guān)管S6的開關(guān)邏輯信號，所述第六功 率開關(guān)管S6的開關(guān)邏輯信號通過第六驅(qū)動電路驅(qū)動第六功率開關(guān)管S6 ；將所述第三開關(guān)邏 輯信號通過第三反相器后與第二開關(guān)邏輯信號通過第四與門輸出第二功率開關(guān)管S2的開 關(guān)邏輯信號，所述第二功率開關(guān)管S2的開關(guān)邏輯信號通過第二驅(qū)動電路驅(qū)動第二功率開關(guān) 管S2 ；將所述第二功率開關(guān)管S2的開關(guān)邏輯信號與第五功率開關(guān)管S5的開關(guān)邏輯信號通過 第一或門后通過第三驅(qū)動電路驅(qū)動第三功率開關(guān)管S3 ；將所述第一功率開關(guān)管S1的開關(guān)邏 輯信號與第六功率開關(guān)管S6的開關(guān)邏輯信號通過第二或門后通過第四驅(qū)動電路驅(qū)動第四 功率開關(guān)管S4。圖3為本發(fā)明升降壓并網(wǎng)逆變器的主要波形示意圖。電壓電流參考方向如圖1所示。由圖3可知，通過控制進(jìn)網(wǎng)電流給定與電網(wǎng)電壓 同頻、同相，從而保證了進(jìn)網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，實現(xiàn)了單位功率因數(shù)輸出。另外，從 圖中也可以看出，4個功率開關(guān)管為半個工頻周期高頻開關(guān)，從而降低了開關(guān)損耗。結(jié)合圖4 7敘述本發(fā)明的具體工作原理，下面對各開關(guān)模態(tài)的工作情況進(jìn)行具 體分析。在分析之前，作如下假設(shè)①所有開關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開關(guān)時 間，導(dǎo)通壓降；②所有電感、電容均為理想元件。如圖4所示，開關(guān)模態(tài)1第四功率開關(guān)管S4、第六功率開關(guān)管S6導(dǎo)通，由電源電壓Uin正端通過第四功率開關(guān)管 S4，第四二極管D4，第二濾波電感、，第六功率開關(guān)管S6回到電源電壓&負(fù)端，第二濾波電 感電流iZ2上升。如圖5所示，開關(guān)模態(tài)2
第二功率開關(guān)管S2、第三功率開關(guān)管S3導(dǎo)通，由第三功率開關(guān)管S3,第三二極管D3,阻 尼電阻A和濾波電容Cf串聯(lián)后與網(wǎng)側(cè)濾波電感Zi和電網(wǎng)電壓Ugrid串聯(lián)后的并聯(lián)支路，第 二濾波電感、，第二二極管仏和第二功率開關(guān)管S2構(gòu)成續(xù)流回路，第二濾波電感電流iZ2下 降。如圖6所示，開關(guān)模態(tài)3
第三功率開關(guān)管S3、第五功率開關(guān)管S5導(dǎo)通，由電源電壓Uin正端通過第三功率開關(guān)管 S3，第三二極管D3，第一濾波電感、，第五功率開關(guān)管S5回到電源電壓&負(fù)端，第一濾波電 感電流負(fù)向izl增加。如圖7所示，開關(guān)模態(tài)4
第一功率開關(guān)管S1、第四功率開關(guān)管S4導(dǎo)通，由第四功率開關(guān)管S4，第四二極管D4,阻 尼電阻A和濾波電容Cf串聯(lián)后與網(wǎng)側(cè)濾波電感Zi和電網(wǎng)電壓Ugrid串聯(lián)后的并聯(lián)支路，第 一濾波電感Z1,第一二極管D1和第一功率開關(guān)管S1構(gòu)成續(xù)流回路，第一濾波電感電流izl負(fù) 向減小。
權(quán)利要求
1.一種升降壓并網(wǎng)逆變器，其特征在于由電源(Vin)、公共電路(1)、第一橋臂電路(2)、 第二橋臂電路(3)、第一濾波電感(、)和第二濾波電感(Z2)組成，其中公共電路(1)包括第 三、第四功率開關(guān)管(S3、S4)，第三、第四二極管(D3、D4)，阻尼電阻0 d)，濾波電容(6>)，網(wǎng)側(cè) 濾波電感和電網(wǎng)電壓；第一橋臂電路(2)包括第一、第五功率開關(guān)管伐、S5)，第 一二極管(DO;第二橋臂電路(3)包括第二、第六功率開關(guān)管(S2、S6)，第二二極管(D2);電源 (^)的正極分別與第一功率開關(guān)管(S》的源極、第三功率開關(guān)管(S3)的漏極、第四功率開 關(guān)管(S4)的漏極和第二功率開關(guān)管(S2)的源極連接；第三功率開關(guān)管(S3)的源極與第三二 極管(D3)的陽極連接，第三二極管(D3)的陰極分別與阻尼電阻0 d)的一端和網(wǎng)側(cè)濾波電感 (‘)的輸入端連接構(gòu)成公共電路(1)的中間端(B)，阻尼電阻0 d)的另一端與濾波電容 的正端連接，網(wǎng)側(cè)濾波電感ag、的輸出端與電網(wǎng)電壓(Mgrid)的正極連接，電網(wǎng)電壓D的 負(fù)極和濾波電容(G)的負(fù)端與第四二極管(D4)的陰極連接接地，第四二極管(D4)的陽極與 第四功率開關(guān)管(s4)的源極連接；第一功率開關(guān)管(Si)的漏極與第一二極管(Di)的陰極連 接，第一二極管(Di)的陽極與第五功率開關(guān)管(S5)的漏極連接構(gòu)成第一橋臂電路(2)的中 間端(A)，第五功率開關(guān)管(S5)的源極與電源(巧的負(fù)極連接；第二功率開關(guān)管(S2)的漏 極與第二二極管(D2)的陰極連接，第二二極管(D2)的陽極與第六功率開關(guān)管(S6)的漏極連 接構(gòu)成第二橋臂電路(3)的中間端(C)，第六功率開關(guān)管(S6)的源極與電源(巧 )的負(fù)極連 接；第一濾波電感(A)的輸入端與第一橋臂電路(2)的中間端(A)連接，第一濾波電感(、) 的輸出端與公共電路(1)的中間端(B)連接；第二濾波電感(Z2)的輸入端接地，第二濾波電 感(Z2)的輸出端與第二橋臂電路(3)的中間端(C)連接。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，采用電流 傳感器采樣第一濾波電感(A)的電流(izl)輸出第一濾波電感(A)電流反饋信號(im)； 采用電流傳感器采樣第二濾波電感(Z2)的電流(iZ2)輸出第二濾波電感(Z2)電流反饋信號 ULf2)；采用電壓傳感器采樣所述電網(wǎng)電壓、ugri；)經(jīng)過鎖相環(huán)(PLL)輸出與電網(wǎng)電壓(Mgrid) 同頻、同相的進(jìn)網(wǎng)電流給定Uref)；采用電流傳感器采樣進(jìn)網(wǎng)電流(矣)輸出進(jìn)網(wǎng)電流反饋信 號(U將所述進(jìn)網(wǎng)電流給定Uref)與進(jìn)網(wǎng)電流反饋信號Ugf)通過進(jìn)網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器輸出電 感電流給定將所述電感電流給定與第一濾波電感(、)電流反饋信號(/皿，通 過第一滯環(huán)電流比較器輸出第一開關(guān)邏輯信號；將所述電感電流給定通過過零比較 器輸出第二開關(guān)邏輯信號；將所述第一開關(guān)邏輯信號、第二開關(guān)邏輯信號通過第一與門輸 出第一功率開關(guān)管(S》的開關(guān)邏輯信號，所述第一功率開關(guān)管(S》的開關(guān)邏輯信號通過第 一驅(qū)動電路驅(qū)動第一功率開關(guān)管(sp ；將所述第一開關(guān)邏輯信號通過第二反相器后與第二 開關(guān)邏輯信號通過第二與門輸出第五功率開關(guān)管(S5)的開關(guān)邏輯信號，所述第五功率開關(guān) 管(S5)的開關(guān)邏輯信號通過第五驅(qū)動電路驅(qū)動第五功率開關(guān)管(S5)；將所述電感電流給定 ULref)與第二濾波電感(Z2)電流反饋信號(iz/2)通過第二滯環(huán)電流比較器輸出第三開關(guān)邏 輯信號；將所述第二開關(guān)邏輯信號、第三開關(guān)邏輯信號通過第三與門輸出第六功率開關(guān)管 (S6)的開關(guān)邏輯信號，所述第六功率開關(guān)管(S6)的開關(guān)邏輯信號通過第六驅(qū)動電路驅(qū)動第 六功率開關(guān)管(S6)；將所述第三開關(guān)邏輯信號通過第三反相器后與第二開關(guān)邏輯信號通過 第四與門輸出第二功率開關(guān)管(S2)的開關(guān)邏輯信號，所述第二功率開關(guān)管(S2)的開關(guān)邏輯 信號通過第二驅(qū)動電路驅(qū)動第二功率開關(guān)管(S2)；將所述第二功率開關(guān)管(S2)的開關(guān)邏輯 信號與第五功率開關(guān)管(S5)的開關(guān)邏輯信號通過第一或門后通過第三驅(qū)動電路驅(qū)動第三功率開關(guān)管(s3);將所述第一功率開關(guān)管(Si)的開關(guān)邏輯信號與第六功率開關(guān)管(s6)的開 關(guān)邏輯信號通過第二或門后通過第四驅(qū)動電路驅(qū)動第四功率開關(guān)管(s4)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法，屬逆變器及其控制方法。所述逆變器由電源、公共電路、第一橋臂電路、第二橋臂電路、第一濾波電感和第二濾波電感組成。所述方法當(dāng)電感電流給定小于零時，第一功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第五功率開關(guān)管驅(qū)動信號互補(bǔ)高頻開關(guān)，第二功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第六功率開關(guān)管驅(qū)動信號關(guān)斷；當(dāng)電感電流給定大于零時，第二功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第六功率開關(guān)管驅(qū)動信號互補(bǔ)高頻開關(guān)，第一功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第五功率開關(guān)管驅(qū)動信號關(guān)斷；第三功率開關(guān)管驅(qū)動信號是第二功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第五功率開關(guān)管驅(qū)動信號的或邏輯，第四功率開關(guān)管驅(qū)動信號是第一功率開關(guān)管驅(qū)動信號和第六功率開關(guān)管驅(qū)動信號的或邏輯。
文檔編號H02J3/38GK102005962SQ20101053349
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者姚志壘, 沈翠鳳, 王建岡, 胡國文, 薛迎成, 陳榮, 顧春雷 申請人:鹽城工學(xué)院