專利名稱：一種單級(jí)式直流-交流逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單級(jí)式直流-交流逆變器，屬于電能變換領(lǐng)域，用于光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電。
背景技術(shù)：
目前，能源的短缺以及環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)因其不消耗地球化石能源、對(duì)環(huán)境零排放等優(yōu)點(diǎn)，成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的解決能源和環(huán)境問(wèn)題的途徑，獲得了廣泛關(guān)注，成為了當(dāng)前的研究 熱點(diǎn)。由于可再生發(fā)電源輸出的電能形式對(duì)環(huán)境變化更加敏感，波動(dòng)較大，難以直接為負(fù)載供電，為此需要結(jié)合相應(yīng)的電能變換技術(shù)來(lái)獲得滿足并網(wǎng)運(yùn)行或獨(dú)立供電要求的電能形式。在目前的解決方案中，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)，其輸出為直流形式，一種方案是采用直流-直流-交流的兩級(jí)式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的交流電能輸出。這種結(jié)構(gòu)中直流側(cè)增加的開關(guān)變換器造成系統(tǒng)損耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一種方案是采用Z源型逆變器，在直流發(fā)電源和傳統(tǒng)逆變器中間串接由兩個(gè)電感和電容組成的交叉阻抗網(wǎng)絡(luò)，利用逆變器的直通狀態(tài)對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，在非直通狀態(tài)釋放，進(jìn)而間接實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓控制。Z源型逆變器采用單級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)的升壓控制和交流側(cè)的逆變控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。但是這種方案直流升壓比有限，在直流升壓比較大時(shí)，需要較大的直通占空比，造成對(duì)交流側(cè)的輸出電壓和電流波形造成不良影響，另外，Z源型逆變器需要兩個(gè)儲(chǔ)能電感和兩個(gè)濾波電容，造成成本和體積均有所增加，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種包含直流高頻變壓器的單級(jí)式單級(jí)式直流-交流逆變器，以解決現(xiàn)有方案中存在的效率低等問(wèn)題。本發(fā)明所涉及的一種單級(jí)式直流-交流逆變器，其組成包括輸入二極管(I )，雙繞組脈沖變壓器(2)，濾波電容(3)以及第一橋臂(4)和第二橋臂(5)。二極管(I)的輸入端與直流供電電源的正極相連，二極管(I)的輸出端與雙繞組變壓器(2)的繞組I的第一端、所述的雙繞組變壓器(2)的繞組2的第一端相連，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組2的第二端與濾波電容的一端相連，
第一橋臂(4)和第二橋臂(5)并聯(lián)，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組I的第二端和第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流正極輸入端相連，直流供電電源的負(fù)極、濾波電容的另一端、第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流負(fù)極輸入端相連。所述的直流側(cè)雙繞組變壓器(2)的繞組I與所述的直流側(cè)雙繞組變壓器(2)的繞組2的同名端相連。所述的第一橋臂(4)由第一開關(guān)管V1和第二開關(guān)管V2串聯(lián)構(gòu)成，第二橋臂(5)由第三開關(guān)管V3和第四開關(guān)管V4串聯(lián)構(gòu)成，第一橋臂(4)中第一開關(guān)管V1和第二開關(guān)管V2的連接點(diǎn)作為所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的一個(gè)交流輸出端，第二橋臂(5)中第三開關(guān)管V3和第四開關(guān)管V4的連接點(diǎn)作為所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的另一個(gè)交流輸出端。所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的控制步驟包括，
步驟一、設(shè)置一個(gè)三角波和一個(gè)正弦波，用正弦波和三角波比較，若正弦波大于三角波，輸出“1”，若正弦波小于或等于三角波，則輸出“0”，形成第一路方波信號(hào)；
步驟二、將步驟一獲得的比較結(jié)果進(jìn)行邏輯取反，獲得第二路方波信號(hào)；
步驟三、對(duì)步驟一所獲得的第一路方波信號(hào)進(jìn)行判斷，若由“I”跳變到“0”，或由“O”跳變到“ I ”，則以所述的步驟一所獲得的第一路方波信號(hào)的電平跳變點(diǎn)為起點(diǎn)，在步驟一和步驟二所獲得的兩路方波信號(hào)中，同時(shí)加入一段時(shí)間的全“I”狀態(tài)；由此獲得的兩路方波信號(hào)，第一路用于控制第一開關(guān)管V1和第四開關(guān)管V4,第二路用于控制第三開關(guān)管V3和第二開關(guān)管V2?！け景l(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)(I)采用單級(jí)式直流-交流逆變器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓控制和直流電壓到交流電壓的變換，無(wú)需額外增加開關(guān)器件，有效提高了效率；(2)與Z源型逆變器相比，只需要一個(gè)變壓器和一個(gè)濾波電容，有效減小了儲(chǔ)能元件的數(shù)量，進(jìn)而降低了體積和成本，同時(shí)進(jìn)一步提高了效率；(3)直流變壓器的引入，可以很方便地實(shí)現(xiàn)高直流升壓比，進(jìn)而擴(kuò)展直流輸入發(fā)電源的發(fā)電范圍；(4 )在獲得相同的直流升壓比的前提下，本發(fā)明只需更小的直通占空比，進(jìn)而提高了直流電壓利用率，降低了直通狀態(tài)對(duì)交流電壓和電流的不良影響。


圖I是本發(fā)明的單級(jí)式直流-交流逆變器的原理 圖2是本發(fā)明的單級(jí)式直流-交流逆變器的直通狀態(tài)的原理圖，圖3是本發(fā)明的單級(jí)式直流-交流逆變器的非直通狀態(tài)的原理 圖4是本發(fā)明和現(xiàn)有方案的直流升壓比的對(duì)比 圖5是本發(fā)明的控制方法的流程 圖6是本發(fā)明的產(chǎn)生直通狀態(tài)的原理 圖7是本發(fā)明的工作波形原理示意 圖8是處于升壓模式的本發(fā)明的仿真波形，圖9是處于升壓模式的仿真波形的局部放大 圖10是處于降壓模式的本發(fā)明的仿真波形。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I至圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。圖I是本發(fā)明的單級(jí)式直流-交流逆變器的原理圖。其組成包括輸入二極管(I )，雙繞組脈沖變壓器(2)，濾波電容(3)以及第一橋臂(4)和第二橋臂(5)。其特征在于二極管(I)的輸入端與直流供電電源的正極相連，二極管(I)的輸出端與雙繞組變壓器(2)的繞組I的第一端、所述的雙繞組變壓器(2)的繞組2的第一端相連，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組2的第二端與濾波電容的一端相連，第一橋臂(4)和第二橋臂(5)并聯(lián)，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組I的第二端和第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流正極輸入端相連，直流供電電源的負(fù)極、濾波電容的另一端、第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流負(fù)極輸入端相連。下面對(duì)這種方案的穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行理論分析。各個(gè)公式中變量的物理含義為，化為變壓器(2)的繞組Wl兩端電壓，" 為變壓器(2)的繞組W2兩端電壓，為變壓器(2)的匝數(shù)比，*t為濾波電容(3)的電壓，》-為直流正極輸入端的二極管(I)的電壓，《W為直流輸入電源電壓，d為逆變器的直通占空比。在直通狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)的等效電路如圖2所示，其繞組電壓方程為
權(quán)利要求
1.一種單級(jí)式直流-交流逆變器，其組成包括輸入二極管(I )，雙繞組脈沖變壓器(2)，濾波電容(3)以及第一橋臂(4)和第二橋臂(5); 其特征在于二極管(I)的輸入端與直流供電電源的正極相連，二極管(I)的輸出端與雙繞組變壓器(2)的繞組I (Wl)的第一端、所述的雙繞組變壓器Tl (2)的繞組2 (W2)的第一端相連，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組2的第二端與濾波電容的一端相連， 第一橋臂(4)和第二橋臂(5)并聯(lián)，所述的雙繞組變壓器(2)的繞組I (Wl)的第二端和第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流正極輸入端相連，直流供電電源的負(fù)極、濾波電容的另一端、第一橋臂(4)和第二橋臂(5)的直流負(fù)極輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單級(jí)式直流-交流逆變器，其特征在于所述的直流側(cè)雙繞組變壓器(2)的繞組I (Wl)與所述的直流側(cè)雙繞組變壓器(2)的繞組2 (W2)的同名端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種單級(jí)式直流-交流逆變器，其特征在于，所述的第一橋臂(4)由第一開關(guān)管V1和第二開關(guān)管V2串聯(lián)構(gòu)成，第二橋臂(5)由第三開關(guān)管V3和第四開關(guān)管V4串聯(lián)構(gòu)成，第一橋臂(4)中第一開關(guān)管V1和第二開關(guān)管V2的連接點(diǎn)作為所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的一個(gè)交流輸出端，第二橋臂(5)中第三開關(guān)管V3和第四開關(guān)管V4的連接點(diǎn)作為所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的另一個(gè)交流輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，3所述的一種單級(jí)式直流-交流逆變器，其特征在于，所述的單級(jí)式直流-交流逆變器的控制步驟包括， 步驟一、設(shè)置一個(gè)三角波和一個(gè)正弦波，用正弦波和三角波比較，若正弦波大于三角波，輸出“1”，若正弦波小于或等于三角波，則輸出“O”，形成第一路方波信號(hào)； 步驟二、將步驟一獲得的比較結(jié)果進(jìn)行邏輯取反，獲得第二路方波信號(hào)； 步驟三、對(duì)步驟一所獲得的第一路方波信號(hào)進(jìn)行判斷，若由“I”跳變到“O”，或由“O”跳變到“ I ”，則以所述的步驟一所獲得的第一路方波信號(hào)的電平跳變點(diǎn)為起點(diǎn)，在步驟一和步驟二所獲得的兩路方波信號(hào)中，同時(shí)加入一段時(shí)間的全“I”狀態(tài)；由此獲得的兩路方波信號(hào)，第一路用于控制第一開關(guān)管V1和第四開關(guān)管V4，第二路用于控制第三開關(guān)管V3和第二開關(guān)管V2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高直流電壓利用率的單級(jí)式直流-交流逆變器，屬于電能變換領(lǐng)域，用于光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電。其組成包括直流側(cè)雙繞組脈沖變壓器，濾波電容以及輸出側(cè)的逆變器。直流側(cè)雙繞組變壓器的繞組1一端與濾波電容的一端相連，繞組1的另一端和直流輸入電源的正極以及繞組2的一端相連，繞組2的另一端與逆變器的直流正極輸入端相連，直流輸入電源的負(fù)極、濾波電容的另一端、逆變器的直流負(fù)極輸入端相連。本發(fā)明利用逆變器產(chǎn)生直通狀態(tài)，將能量存儲(chǔ)在變壓器中，在非直通狀態(tài)釋放出去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓控制。本發(fā)明采用一級(jí)電路結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了直流電壓的升壓控制和直流到交流電壓的變換控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、直流電壓利用率高以及效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102891618SQ20121040980
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者李宣南, 樸順善, 毛飛 申請(qǐng)人:哈爾濱東方報(bào)警設(shè)備開發(fā)有限公司