專利名稱：單級光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器，尤其是涉及一種單級光伏逆變器。
背景技術(shù)：
自2000年以來，并網(wǎng)光伏發(fā)電年平均增長率超過60%，是可再生能源技術(shù)中增長最快的技術(shù)。太陽能發(fā)電作為一種新的電能生產(chǎn)方式，以其無污染、安全、資源豐富、分布廣泛等特點顯示出廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。但與此同時，由于并網(wǎng)逆變系統(tǒng)涉及諸多關(guān)鍵技術(shù)，控制系統(tǒng)較復(fù)雜，控制難度較大，國內(nèi)目前研究和應(yīng)用還不成熟，因此對并網(wǎng)逆變電源及其控制技術(shù)的研究成為了當(dāng)前 一個重要的研究領(lǐng)域和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的小功率光伏逆變器主要由直流升壓電路和逆變電路這兩級實現(xiàn)，其中逆變電路一般采用全橋式結(jié)構(gòu)，由4個MOS管(每個MOS管內(nèi)部寄生了反并聯(lián)的二極管)，因此構(gòu)成開關(guān)器件多，并且由于兩級變換影響了整個逆變器的轉(zhuǎn)化效率，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種單級光伏逆變器，組成元器件較少、結(jié)構(gòu)簡單且轉(zhuǎn)化效率高。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種單級光伏逆變器，所述逆變器包括采用Boost電路實現(xiàn)的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路；其中，DC-DC升壓電路包括連接在由光伏的輸出端匯總成的輸入直流電壓Udc正極的電感L1 ;通過開關(guān)S1與電感L1串接的電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關(guān)S1 ；依次串接后連接在電容C兩端之間的開關(guān)S2、S4和S6，且輸入直流電壓Udc的負(fù)極連接在開關(guān)S2和開關(guān)S4的公共端；而DC-AC逆變電路包括連接在開關(guān)S6和開關(guān)S4的公共端的電感Lx ;與開關(guān)次串接的開關(guān)S3和開關(guān)S5,且開關(guān)S5連接開關(guān)S6和電容C的公共端；連接在開關(guān)S3和開關(guān)S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓U0 ；通過分別控制開關(guān)S1至開關(guān)S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時分別形成不同的逆變回路將輸入直流電壓Ud。轉(zhuǎn)換成交流電壓U。。其中，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6閉合，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓隊=+%，其中U。為電容C兩端的電壓。其中，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S6閉合而開關(guān)S4和開關(guān)S5斷開，或者，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S6閉合而開關(guān)S2和開關(guān)S5斷開，或者，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3、開關(guān)S6閉合而開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5斷開，由電容C的正極依次經(jīng)過開關(guān)S1、開關(guān)
S3、電感Lx、電感Ly、開關(guān)S6和電容C的負(fù)極形成逆逆變回路。
其中，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合，或者，控制關(guān)S5和開關(guān)S6閉合，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Uq=O。其中，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合而控制關(guān)S5和開關(guān)S6斷開，由電感Lx、電感Ly、開關(guān)S4、開關(guān)S2、開關(guān)S1和開關(guān)S3形成逆逆變回路。其中，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S3和開關(guān)S4斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S4、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S2和開關(guān)S3斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S5和開關(guān)S6斷開而控制關(guān)S3和開關(guān)S4閉合，或者控制開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S1和開關(guān)S4斷開，由電感Lx、開關(guān)S5、開關(guān)S6和電感Ly形成逆逆變回路。其中，控制開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S6斷開，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Utj = -U。，其中U。為電容C兩 端的電壓。其中，控制開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S1和開關(guān)S6斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開且開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開，由電容C的正極依次經(jīng)過開關(guān)S2、開關(guān)s4、電感Ly、電感Lx、開關(guān)S5和電容C的負(fù)極形成逆逆變回路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明提出的單級光伏逆變器，在同一級電路中實現(xiàn)的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路，通過控制6個開關(guān)S1至開關(guān)S6的狀態(tài)(為閉合或斷開)，使逆變電路在升壓電路處于不同狀態(tài)下形成不同的逆變回路，實現(xiàn)升壓與逆變功能，將太陽能板的電壓轉(zhuǎn)換輸出。相比傳統(tǒng)逆變器中由4個MOS管采用全橋式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的逆變電路而言，本發(fā)明具有電路組成元件減少，電路結(jié)構(gòu)簡單且電能轉(zhuǎn)換效率較高等諸多優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是U。= +Uc且電感L1處于充磁狀態(tài)的電路示意圖；圖3是U0=+Uc且電感L1處于放磁狀態(tài)的電路示意圖；圖4是U0=+Uc且電感L1處于電流斷續(xù)狀態(tài)的電路示意圖；圖5A、圖5B和圖5C均是Utj = O且電感L1處于充磁狀態(tài)的電路示意圖；圖6A和圖6B均是U0 = -Uc且電感L1處于充磁狀態(tài)的電路示意圖；圖7是U。= -Uc且電感L1處于電流斷續(xù)狀態(tài)的電路示意圖。
具體實施例方式如圖I所示的電路結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明提出一種單級光伏逆變器，其包括處于同一級電路中實現(xiàn)的DC-DC升壓電路(簡稱為“升壓電路”)和DC-AC逆變電路(簡稱為“逆變電路”)，通過升壓與逆變功能將太陽能板的電壓轉(zhuǎn)換輸出。光伏(太陽能電板)的輸出端在逆變器的直流側(cè)匯總成輸入直流電壓Udc,由DC-DC升壓電路將輸入直流電壓Udc,提高到DC-AC逆變電路所需的值。DC-AC逆變電路輸出逆變電壓Utj，逆變電流io。DC-DC升壓電路采用Boost電路實現(xiàn)。具體來說，DC-DC升壓電路包括連接在輸入直流電壓Udc的正極的電感L1 ;電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關(guān)S1 ;依次串接后連接在電容C兩端之間的開關(guān)S2、S4和S6 ;輸入直流電壓Udc的負(fù)極連接在開關(guān)S2和開關(guān)S4的公共端(該公共端記為B點)。DC-AC逆變電路包括通過開關(guān)&連接電感1^與開關(guān)S1公共端的電感Lx，將開關(guān)S3與電感Lx的公共端記 為X點，該X點通過開關(guān)S5連接電容C與開關(guān)S6的公共端(該公共端記為N點)，開關(guān)S6和開關(guān)S4的公共端連接電感Ly，電感Lx與電感Ly分別為逆變器輸出的交流電壓Utj，其電流記為io。為了描述方便，將電感L1與開關(guān)S1的公共端記為A點，開關(guān)S2和開關(guān)S4的公共端記為P點，開關(guān)S6和開關(guān)S4的公共端記為N點。DC-DC升壓電路(或稱為Boost電路)進(jìn)行升壓時，可以分為電感L1充磁、電感L1放磁、電感L1電流斷續(xù)這3個階段。同樣，逆變電路在進(jìn)行逆變時也分為Uo=+Uc、Uo=0和U0=-Uc這3個階段。Boost電路的充電過程電感L1充磁，存儲能量。通過控制器(圖I中未畫出)使開關(guān)S1和開關(guān)S2閉合、開關(guān)S4斷開，此時，從輸入直流電壓Udc的正極輸出的直流電流經(jīng)過電感L1、開關(guān)S1和開關(guān)S2回到輸入直流電壓Udc的負(fù)極，電感L1上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感L1大小有關(guān)。隨著電感L1電流增加，電感L1里儲存了一些能量，直到電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Udc時充電完畢。Boost電路的放電過程電感L1放電，電容C充電。通過控制器(圖I中未畫出)使開關(guān)S1、開關(guān)S4和開關(guān)S6閉合、開關(guān)S2斷開,此時輸入直流電壓Udc、電感L1和電容C之間形成一個新的電流回路。由于電感L1的電流保持特性，流經(jīng)電感L1的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)镺。電感L1開始放電，即電感L1開始給電容C充電，電容C兩端電壓Uc升高，此時電容C兩端電壓Uc已經(jīng)高于輸入直流電壓Udc 了。此時，電感L1兩端的電壓H-Uc。具體來說，當(dāng)逆變UfUc時，即X點與P點相連、Y與N點相連時(即開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6閉合)，Boost電路可以工作在任何狀態(tài)如圖2所示，同時使開關(guān)S2閉合，電感L1充磁，電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Ud。，此時，電容C的正極依次經(jīng)過開關(guān)S1和開關(guān)S3連接電感Lx，同時電感Ly連接開關(guān)S6,從而逆變電路輸出逆變電壓U0等于+Uc ；如圖3所示，開關(guān)S2斷開且開關(guān)S4閉合時，電感L1放磁為電容C充電，電感L1兩端的電壓U^Udc;-U。，逆變電路形成的回路仍與電感L1充磁時的回路一致；如圖4所示，在Boost電路的電流斷續(xù)時，逆變電路形成的回路仍不變。因此，當(dāng)逆變隊=+%時，Boost電路可以工作在任何狀態(tài)。當(dāng)逆變Utj = 0時，此時X點、Y點同時與P點相連，或同時與N點相連，Boost電路也可工作在任何狀態(tài)如圖5A和圖5B所示，當(dāng)電感L1充磁，電感L1兩端的電壓Ul=輸入直流電壓Udc,此時，使開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合而開關(guān)S5和開關(guān)S5斷開，或使開關(guān)S3和開關(guān)S4斷開而開關(guān)S5和開關(guān)S5閉合，逆變回路形成不連接電容C的回路，逆變U0=O ;使開關(guān)S1、開關(guān)
S4、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合且開關(guān)S3和開關(guān)S2斷開，電感L1放磁為電容C充電，電感L1兩端的電壓W=udc;-u。，逆變回路形成的回路仍不連接電容C，逆變U0 = 0 ;使開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4斷開且開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合，電感L1的電流斷續(xù)，逆變回路形成的回路仍不連接電容C，逆變^ = O ;如圖5C所示，使開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合且開關(guān)S1和開關(guān)S4斷開，輸入直流電壓Udc和電容C的電壓Uc同時給電感L1充磁，此時H+Uc，逆變回路形成的回路仍不連接電容C，逆變Utj = O。因此，當(dāng)逆變Utj = O時，Boost電路可以工作在任何狀態(tài)。當(dāng)逆變U0=-Uc時，SP X點與N點相連，Y點與P點相連，此時Boost電路只能工作在電感L1充磁或者電感L1電流斷續(xù)狀態(tài)如圖6A所示，使開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開，輸入直流電壓Udc給電感L1充磁，此時UL=Udc，電容C的正極經(jīng)過開關(guān)S2、開關(guān)S4連接電感Ly，而電容C的負(fù)極經(jīng)過開關(guān)S5連接電感Lx，此時逆變電路的輸出電壓U0=-Uc ;如圖6A所不，使開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S1和開關(guān)S6斷開，輸入直流電壓Udc和電容C的電壓Uc同時給電感L1充磁，此時UL= Udc+Uc，電容C的正極經(jīng)過開關(guān)S2、開關(guān)S4連接電感Ly，而電容C的負(fù)極經(jīng)過開關(guān)S5連接電感Lx，此時逆變電路的輸出電壓U0=-Uc ;如圖7所示，使開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開且開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合，此時電感L1處于電流斷續(xù)狀態(tài)，電容C的正極經(jīng)過開關(guān)S2、開關(guān)S4連接電感Ly，而電容C的負(fù)極經(jīng)過開關(guān)S5連接電感Lx，此時逆變電路的輸出電壓U0=-Uc。在一個工頻周期內(nèi)，Uo>0且io>0時稱為正半周，Uo〈0且io〈0時稱為負(fù)半周。因此，當(dāng)Uo=+Uc或Uo=O時，Boost電路可以工作任何升壓過程或狀態(tài)，即正半周時升壓電路進(jìn)行升壓處理與逆變電路進(jìn)行逆變處理是相互獨立的；當(dāng)Uo=-Uc時，Boost電路只能工作在電感L1充磁狀態(tài)，因此在負(fù)半周時升壓與逆變不獨立。在逆變的負(fù)半周，逆變電路輸出電壓Uo=-Uc,且Boost電路只能工作在電感L1充磁狀態(tài)(電感L1處于電流連續(xù)狀態(tài))或電流斷續(xù)狀態(tài)，此時Boost電路的升壓過程與逆變電路的逆變過程兩者不相互獨立。綜上，本發(fā)明提出的單級光伏逆變器，在同一級電路中實現(xiàn)的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路，通過控制6個開關(guān)S1至開關(guān)S6的狀態(tài)(為閉合或斷開)，使逆變電路在升壓電路處于不同狀態(tài)下形成不同的逆變回路，實現(xiàn)升壓與逆變功能，將太陽能板的電壓轉(zhuǎn)換輸出。相比傳統(tǒng)逆變器中由4個MOS管采用全橋式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的逆變電路而言，本發(fā)明具有電路組成元件減少，電路結(jié)構(gòu)簡單且電能轉(zhuǎn)換效率較高等諸多優(yōu)點。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單級光伏逆變器，其特征在于，所述逆變器包括采用Boost電路實現(xiàn)的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路； 其中，DC-DC升壓電路包括連接在由光伏的輸出端匯總成的輸入直流電壓Udc正極的電感L1 ;通過開關(guān)S1與電感L1串接的電容C ;連接在電感L1與電容C之間的開關(guān)S1 ;依次串接后連接在電容C兩端之間的開關(guān)S2、S4和S6，且輸入直流電壓Udc的負(fù)極連接在開關(guān)S2和開關(guān)S4的公共端； 而DC-AC逆變電路包括連接在開關(guān)S6和開關(guān)S4的公共端的電感Lx ;與開關(guān)S1依次串接的開關(guān)S3和開關(guān)S5,且開關(guān)S5連接開關(guān)S6和電容C的公共端；連接在開關(guān)S3和開關(guān)S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓U0 ； 通過分別控制開關(guān)S1至開關(guān)S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時分別形成不同的逆變回路將輸入直流電壓Ud。轉(zhuǎn)換成交流電壓U00
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6閉合，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓隊=+隊，其中U。為電容C兩端的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S6閉合而開關(guān)S4和開關(guān)S5斷開，或者，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S6閉合而開關(guān)S2和開關(guān)S5斷開，或者，控制開關(guān)S1、開關(guān)S3、開關(guān)S6閉合而開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5斷開，由電容C的正極依次經(jīng)過開關(guān)S1、開關(guān)S3、電感Lx、電感Ly、開關(guān)S6和電容C的負(fù)極形成逆逆變回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合，或者，控制關(guān)S5和開關(guān)S6閉合，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓UQ=0。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4閉合而控制關(guān)S5和開關(guān)S6斷開，由電感Lx、電感Ly、開關(guān)S4、開關(guān)S2、開關(guān)S1和開關(guān)S3形成逆逆變回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S3和開關(guān)S4斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S4、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S2和開關(guān)S3斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S5和開關(guān)S6斷開而控制關(guān)S3和開關(guān)S4閉合，或者控制開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S5和開關(guān)S6閉合而控制關(guān)S1和開關(guān)S4斷開，由電感Lx、開關(guān)S5、開關(guān)S6和電感Ly形成逆逆變回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S6斷開，在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)吋，DC-AC逆變電路輸出的交流電壓Utj = -U。，其中U。為電容C兩端的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述單級光伏逆變器，其特征在于，控制開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S1和開關(guān)S6斷開，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開且開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合，或者控制開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S4和開關(guān)S5閉合且開關(guān)S3和開關(guān)S6斷開，由電容C的正極依次經(jīng)過開關(guān)S2、開關(guān)S4、電感Ly、電感Lx、開關(guān)S5和電容C的負(fù)極形成逆逆變回路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種單級光伏逆變器，其包括采用Boost電路實現(xiàn)的DC-DC升壓電路和DC-AC逆變電路；其中DC-AC逆變電路包括連接在開關(guān)S6和開關(guān)S4的公共端的電感Lx；與開關(guān)S1依次串接的開關(guān)S3和開關(guān)S5，且開關(guān)S5連接開關(guān)S6和電容C的公共端；連接在開關(guān)S3和開關(guān)S5公共端的電感Ly，且電感Lx與電感Ly之間輸出的交流電壓UO；通過分別控制開關(guān)S1至開關(guān)S6閉合/斷開，使DC-AC逆變電路在DC-DC升壓電路處于充磁狀態(tài)、放磁狀態(tài)或電流斷續(xù)狀態(tài)時分別形成不同的逆變回路將輸入直流電壓Udc轉(zhuǎn)換成交流電壓UO。本發(fā)明具有電路組成元件減少，電路結(jié)構(gòu)簡單且電能轉(zhuǎn)換效率較高等諸多優(yōu)點。
文檔編號H02M7/48GK102651621SQ20121016886
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者延匯文 申請人:深圳科士達(dá)科技股份有限公司