一種雙母線正激式微逆變器前端電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)中的雙母線正激式微逆變器前端電路及其控制方法，變壓器的副邊繞組同名端連接第一二極管的陽(yáng)極，第一二極管陰極分別連接于儲(chǔ)能電感一端、第二開(kāi)關(guān)管的漏極和第四二極管陰極，儲(chǔ)能電感的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管的漏極和第二二極管陽(yáng)極，第二二極管陰極連接第五開(kāi)關(guān)管的漏極，第五開(kāi)關(guān)管源極分別連接薄膜電容的正極和第四開(kāi)關(guān)管的漏極，第四開(kāi)關(guān)管的源極分別連接于第二開(kāi)關(guān)管的源極、第四二極管的陽(yáng)極、第三二極管的陰極和濾波電感的一端；將直流電轉(zhuǎn)換為整流正弦半波，經(jīng)后級(jí)電路展開(kāi)后即可轉(zhuǎn)換為交流電，能大幅度減小解耦電容容量，微逆變器可采用薄膜電容，延長(zhǎng)了光伏系統(tǒng)的使用壽命，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】一種雙母線正激式微逆變器前端電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種雙母線正激式微逆變器前端電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)發(fā)電是解決世界能源危機(jī)的手段之一?，F(xiàn)有裝置中光伏器件廣泛采用串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)的形式，系統(tǒng)不僅不易擴(kuò)充，而且組件特性差異、局部陰影等問(wèn)題還會(huì)導(dǎo)致光伏陣列輸出功率大幅度下降。微逆變器能有效解決上述問(wèn)題，限于結(jié)構(gòu)及工作原理，其需要大容量電解電容用于功率解耦，但是其較短的工作壽命，高溫下特性變差等缺點(diǎn)導(dǎo)致微逆變器可靠性變差。為解決該問(wèn)題，采用可以在高溫下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的薄膜電容，但是薄膜電容價(jià)格較高，從成本角度考慮微逆變器只能采用小容量薄膜電容。兩級(jí)或多級(jí)式微逆變器解耦電容較小，但器件多、效率低是它無(wú)法克服的缺點(diǎn)。對(duì)于單級(jí)微逆變器而言，有源功率解耦電路可以大幅度減小解耦電容容量，但是反激式微逆變器不利于功率密度的提高，變壓器的設(shè)計(jì)及制作也比較復(fù)雜。將有源解耦電路引入Boost變換器，無(wú)變壓器結(jié)構(gòu)雖然有利于系統(tǒng)效率的提高，可是對(duì)光伏器件供電電壓變化要求較高。高增益DC-DC變換器可以在輸入電壓變化幅度較大的情況下滿足逆變器并網(wǎng)工作，但復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制算法使其不適于用于價(jià)格敏感的微逆變器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述電路的缺陷，提出一種基于正激式變換器的雙母線微型逆變器前端電路及其控制方法，可將直流電轉(zhuǎn)換為整流正弦半波，經(jīng)后級(jí)電路展開(kāi)后即可轉(zhuǎn)換為交流電。它采用薄膜電容作為解耦器件，能夠提高逆變器使用壽命。
[0004]本發(fā)明雙母線正激式微逆變器前端電路采用的技術(shù)方案是:包括正激變換器和有源功率解耦電路，有源功率解耦電路與負(fù)載相連，正激變換器與光伏器件相連，其特征是:光伏器件輸入源的正極分別連接于光伏側(cè)濾波電容的正極和變壓器的原邊繞組的同名端，光伏器件輸入源的負(fù)極連接光伏濾波電容的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管的源極，變壓器的原邊繞組的異名端連接第一開(kāi)關(guān)管的漏極，變壓器的副邊繞組的同名端連接第一二極管的陽(yáng)極，第一二極管的陰極分別連接于儲(chǔ)能電感的一端、第二開(kāi)關(guān)管的漏極和第四二極管的陰極，儲(chǔ)能電感的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管的漏極和第二二極管的陽(yáng)極，第二二極管的陰極連接第五開(kāi)關(guān)管的漏極，第五開(kāi)關(guān)管的源極分別連接薄膜電容的正極和第四開(kāi)關(guān)管的漏極，第四開(kāi)關(guān)管的源極分別連接于第二開(kāi)關(guān)管的源極、第四二極管的陽(yáng)極、第三二極管的陰極和濾波電感的一端，濾波電感的另一端連接輸出側(cè)濾波電容的正極和負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端和輸出側(cè)濾波電容的負(fù)極、第三二極管的陽(yáng)極、薄膜電容的負(fù)極、第三開(kāi)關(guān)管的源極和變壓器的副邊繞組的異名端相連。
[0005]本發(fā)明雙母線正激式微逆變器前端電路的控制方法采用的技術(shù)方案是:當(dāng)光伏器件功率大于微逆變器輸出功率時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，第四開(kāi)關(guān)管一直導(dǎo)通；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通直至第一開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；當(dāng)光伏器件功率小于等于微逆變器輸出功率時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管和第五開(kāi)關(guān)管始終關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管同步工作，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管和第二開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷時(shí)開(kāi)通第四開(kāi)關(guān)管，當(dāng)微逆變器的輸出電流與參考電流相等時(shí)關(guān)斷第四開(kāi)關(guān)管。
[0006]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有的技術(shù)效果是:
(I)本發(fā)明雙母線正激式微逆變器前端電路可將直流電轉(zhuǎn)換為整流正弦半波，經(jīng)后級(jí)電路展開(kāi)后即可轉(zhuǎn)換為交流電，能大幅度減小解耦電容容量，從而微逆變器可采用薄膜電容，延長(zhǎng)了光伏系統(tǒng)的使用壽命，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0007](2)本發(fā)明克服了兩級(jí)或多級(jí)式微逆變器器件多、效率低的缺點(diǎn)，相比于反激式微逆變器它的功率密度得到了提高。
[0008](3)本發(fā)明雙母線正激式微逆變器前端電路的控制方法是基于傳統(tǒng)的SPWM調(diào)制，易于實(shí)現(xiàn)。
[0009](4)基于正激變換器的微逆變器拓?fù)渥儔浩骼@制方便，便于推廣使用，更加適合不斷增加的光伏器件額定輸出功率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明一種雙母線正激式微逆變器前端電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2為圖1所示電路的主要工作波形圖；
圖:T圖6是圖1所示電路在各開(kāi)關(guān)模態(tài)下的等效電路圖；
圖廣圖6中的符號(hào)名稱PV為光伏器件；Ww為光伏輸入電壓；U,為輸出電壓；CW為光伏側(cè)濾波電容《F和《I分別為變壓器HT的原邊繞組和副邊繞組；S1、務(wù)、民、S,及!Ij分別為第一、第二、第三、第四和第五開(kāi)關(guān)管；Dh分別是第一、第二、第三和第四極管；為薄I吳電各；為儲(chǔ)能電感、I*.為濾波電感；Cn為輸出側(cè)濾波電各；Ifcat為負(fù)載分別為變壓器原邊勵(lì)磁電流、儲(chǔ)能電感工作電流、濾波電感工作電流、*,、tI >fi為時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0011]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種雙母線正激式微逆變器前端電路由原邊電路、副邊電路和隔離變壓器構(gòu)成，其中原邊電路與光伏器件胃相連，由正激變換器構(gòu)成，正激變換器與光伏器件相連，副邊由有源功率解耦電路與負(fù)載相連。其中，正激變換器由變壓器HT、第一開(kāi)關(guān)管S?、第一二極管D1構(gòu)成；功率解耦電路由儲(chǔ)能電感L,、第二二極管D1、第三二極管Us薄
膜電容C,以及第二開(kāi)關(guān)管4、第三開(kāi)關(guān)管民、第四開(kāi)關(guān)管S,和第五開(kāi)關(guān)管Ss構(gòu)成，薄膜電用于存儲(chǔ)、釋放能量，分別控制第二開(kāi)關(guān)管&、第四開(kāi)關(guān)管民為后級(jí)電路供電，即雙母線結(jié)構(gòu)。
[0012]光伏器件PV的輸入電壓《W，輸出電壓U.，先伏器件W輸入源的正極分別連接于光伏側(cè)濾波電容Cw的正極和變壓器HT的原邊繞組Wp的同名端，光伏器件PV輸入源的負(fù)極連接光伏濾波電容Cw的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管S1的源極，變壓器BT的原邊繞組Wp的異名端連接第一開(kāi)關(guān)管S1的漏極，變壓器HT的副邊繞組的同名端連接第一二極管D1的陽(yáng)極，第一二極管D1的陰極分別連接于儲(chǔ)能電感I*的一端、第二開(kāi)關(guān)管S5的漏極和第四二極管:0?的陰極，儲(chǔ)能電感的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管民的漏極和第二二極管D,的陽(yáng)極，第二二極管1>2的陰極連接第五開(kāi)關(guān)管&的漏極，第五開(kāi)關(guān)管Si的源極分別連接薄膜電容A的正極和第四開(kāi)關(guān)管4的漏極，第四開(kāi)關(guān)管的源極民分別連接于第二開(kāi)關(guān)管^的源極、第四二極管D的陽(yáng)極、第三二極管D-的陰極和濾波電感k的一端，濾波電感Lt的另一端連接輸出側(cè)濾波電容cSl的正極和負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端和輸出側(cè)濾波電容cB的負(fù)極、第三二極管D5的陽(yáng)極、薄膜電容C,的負(fù)極、第三開(kāi)關(guān)管S的源極和變壓器HT的副邊繞組Μ?的異名端相連。
[0013]本發(fā)明所述雙母線正激式微逆變器前端電路的控制方法是根據(jù)光伏器件功率IW和逆變器輸出功率^的大小關(guān)系，有兩種不同的控制方法:當(dāng)光伏器件功率Pw大于逆變器輸出功率P一時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管民同時(shí)導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)管S1用于控制光伏器件最大輸出功率，第一開(kāi)關(guān)管S1的占空比僅與光伏器件最大功率點(diǎn)跟蹤控制有關(guān)，第二開(kāi)關(guān)管S1的占空比和逆變器的輸出與參考電流的大小關(guān)系有關(guān)，第四開(kāi)關(guān)管S-—直導(dǎo)通，當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管民導(dǎo)通直至第一開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷。當(dāng)光伏器件功率小于等于逆變器輸出功率時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管民和第五開(kāi)關(guān)管Sj始終關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管sI同步工作，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管％和第二開(kāi)關(guān)管A都關(guān)斷時(shí)開(kāi)通第四開(kāi)關(guān)管民，當(dāng)逆變器的輸出電流與參考電流相等時(shí)，關(guān)斷第四開(kāi)關(guān)管^。
[0014]根據(jù)附圖1和上述分析可知，本發(fā)明所述一種雙母線正激式微逆變器前端電路能夠根據(jù)光伏器件的功率和逆變器輸出功率的大小關(guān)系，在解耦電路作用下薄膜電容G能進(jìn)行有效功率解耦。
[0015]假設(shè)變壓器原、副 邊繞組的匝數(shù)比滿足1:n，同時(shí)假設(shè)輸出濾波電容(:Λ足夠大，輸出電壓為平滑的直流，負(fù)載U的電壓為A。下面結(jié)合圖2~圖6對(duì)本發(fā)明雙母線正激式微逆變器前端電路的具體工作過(guò)程和控制方法進(jìn)行描述，所述雙母線正激式微逆變器前端電路的主要工作波形如圖2所示,Sm為變壓器原邊勵(lì)磁流，iM為儲(chǔ)能電感L,電流，為濾波電這L電流。根據(jù)光伏器件輸出功率!W、逆變器輸出功率pW大小，微逆變器控制分為兩種模式:第一種模式是:光伏器件功率^?大于微逆變器輸出功率^，第二種模式是:光伏器件功率Pw小于等于微逆變器輸出功率Ipa。
[0016]第一種模式:當(dāng)光伏器件功率Pw大于微逆變器輸出功率’_時(shí):
在[]時(shí)間階段，如圖2(a) Λ時(shí)刻，第一開(kāi)關(guān)管S、第二開(kāi)關(guān)管S1同時(shí)導(dǎo)通，變壓器原邊勵(lì)磁電流《μ從零線性上升到設(shè)定值，即第一個(gè)峰值‘后第二開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷，等效電路如附圖3所示:光伏器件PV經(jīng)第一開(kāi)關(guān)管民和變壓器HT的原邊Mp相連，通過(guò)變壓器HT的副邊H?經(jīng)第一二極管D1和第二開(kāi)關(guān)管S1將能量傳遞給負(fù)載(參見(jiàn)圖3的虛線箭頭線所示)。可得公式(I):..Pr-乙.0)4
【權(quán)利要求】
1.一種雙母線正激式微逆變器前端電路，包括正激變換器和有源功率解耦電路，有源功率解耦電路與負(fù)載相連，正激變換器與光伏器件相連，其特征是:光伏器件輸入源的正極分別連接于光伏側(cè)濾波電容(Cw)的正極和變壓器的原邊繞組的同名端，光伏器件輸入源的負(fù)極連接光伏濾波電容(Cw)的負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管(S1)的源極，變壓器的原邊繞組的異名端連接第一開(kāi)關(guān)管(?)的漏極，變壓器的副邊繞組的同名端連接第一二極管(D1)的陽(yáng)極，第一二極管(D1)的陰極分別連接于儲(chǔ)能電感(Li)的一端、第二開(kāi)關(guān)管(? )的漏極和第四二極管(D?)的陰極，儲(chǔ)能電感(L,)的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管〔民)的漏極和第二二極管(D1)的陽(yáng)極，第二二極管(D1)的陰極連接第五開(kāi)關(guān)管(?)的漏極，第五開(kāi)關(guān)管(Ss)的源極分別連接薄膜電容(G)的正極和第四開(kāi)關(guān)管(5?)的漏極，第四開(kāi)關(guān)管的源極(S,)分別連接于第二開(kāi)關(guān)管(?)的源極、第四二極管(》?)的陽(yáng)極、第三二極管(?)的陰極和濾波電感(k )的一端，濾波電感4 )的另一端連接輸出側(cè)濾波電容(Cn )的正極和負(fù)載的一端，負(fù)載的另一端和輸出側(cè)濾波電容(Cn)的負(fù)極、第三二極管(?)的陽(yáng)極、薄膜電容(C,)的負(fù)極、第三開(kāi)關(guān)管(? )的源極和變壓器的副邊繞組的異名端相連。
2.一種如權(quán)利要求1所述雙母線正激式微逆變器前端電路的控制方法，其特征是: 當(dāng)光伏器件功率大于微逆變器輸出功率時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管)和第二開(kāi)關(guān)管(? )同時(shí)導(dǎo)通，第四開(kāi)關(guān)管(?) 一直導(dǎo)通；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管(? )關(guān)斷時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管(?)導(dǎo)通直至第一開(kāi)關(guān)管(S1)關(guān)斷； 當(dāng)允伏器件功率小于等于微逆變器輸出功率時(shí)，第三開(kāi)關(guān)管(? )和第五開(kāi)關(guān)管(? )始終關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管CsI )和第二開(kāi)關(guān)管(? )同步工作，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管(sI )和第二開(kāi)關(guān)管(?)都關(guān)斷時(shí)開(kāi)通第四開(kāi)關(guān)管CA )，當(dāng)微逆變器的輸出電流與參考電流相等時(shí)關(guān)斷第四開(kāi)關(guān)管⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:當(dāng)光伏器件功率大于逆變器輸出功率時(shí):在1: 時(shí)間段時(shí)刻，第一開(kāi)關(guān)管(?)、第二開(kāi)關(guān)管(?)同時(shí)導(dǎo)通，變壓器原邊勵(lì)磁電流從零線性上升到設(shè)定值后第二開(kāi)關(guān)管(Ss )關(guān)斷，光伏器件經(jīng)第一開(kāi)關(guān)管(? )和變壓器的原邊相連，通過(guò)變壓器的副邊經(jīng)第一二極管(D1)和第二開(kāi)關(guān)管(S1)將能量傳遞給負(fù)載; 在t: -t,時(shí)間段、時(shí)刻第三開(kāi)關(guān)管(Si)導(dǎo)通，光伏器件經(jīng)第一開(kāi)關(guān)管(S1)和變壓器的原邊相連，通過(guò)變壓器的副邊經(jīng)第一二極管(D1)和第三開(kāi)關(guān)管(?)將能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電感(L,)中；當(dāng)光伏器件輸出電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)第一開(kāi)關(guān)管(S1)和第一開(kāi)關(guān)管)同時(shí)關(guān)斷； 在t., 時(shí)間段:僅第五開(kāi)關(guān)管(ι)導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感(j:)中的能量經(jīng)第一、第三二極管(D1、Ds )、第五、第二開(kāi)關(guān)管(s,、S1 )轉(zhuǎn)移到薄膜電容(C，)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:當(dāng)光伏器件功率小于等于微小逆變器輸出功率時(shí):在-1:時(shí)間段:第一開(kāi)關(guān)管(&)、第二開(kāi)關(guān)管(Sj)在\時(shí)刻同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)光伏器件達(dá)到最大功率點(diǎn)同時(shí)關(guān)斷，光伏器件能量直接傳遞給負(fù)載；在t: -t2時(shí)間段:薄膜電容〔C,)經(jīng)第四二極 管(!!?)、濾波電感(It)向負(fù)載放電％時(shí)刻僅開(kāi)通第四開(kāi)關(guān)管(S4)，薄膜電容(C，)將能量輸送到負(fù)載。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103929078SQ201410148682
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】張超, 張舒輝, 韋庭 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)