本發(fā)明涉及一種逆變器，尤其是一種高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境污染的日益加劇和化石能源的不斷緊缺，燃料電池、風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源由于具有清潔安全、無(wú)污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但太陽(yáng)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)和微電網(wǎng)的重要組成部分。又由于太陽(yáng)能電池和燃料電池等的輸出電壓范圍寬，有時(shí)低于電網(wǎng)電壓，有時(shí)高于電網(wǎng)電壓，因此，采用傳統(tǒng)的單級(jí)降壓型逆變器無(wú)法實(shí)現(xiàn)，通常需要再加一個(gè)前級(jí)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。

公開(kāi)文獻(xiàn)(CN 102005962 B)公開(kāi)的升降壓并網(wǎng)逆變器及其控制方法，實(shí)現(xiàn)了單級(jí)升降壓變換的功能，具有高的可靠性；公開(kāi)文獻(xiàn)(CN 103219912 B)公開(kāi)的一種適合寬輸入電壓升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法，在公開(kāi)文獻(xiàn)(CN 102005962 B)主電路拓?fù)涞幕A(chǔ)上，提出了一種新的控制方法，可工作在升降壓和降壓兩種模式。但上述公開(kāi)文獻(xiàn)存在如下問(wèn)題：需要4個(gè)二極管，成本較高；開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗高，效率低，不利于推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中并網(wǎng)逆變器的缺點(diǎn)，提出一種功率器件少和效率高的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器。

本發(fā)明的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器，包括輸入電源U_in、第一濾波電感L₁、第二濾波電感L₂、第一開(kāi)關(guān)管S₁、第二開(kāi)關(guān)管S₂、第五開(kāi)關(guān)管S₅、第六開(kāi)關(guān)管S₆、第一開(kāi)關(guān)單元1、第二開(kāi)關(guān)單元2、濾波電路3和電網(wǎng)u_g，其中第一開(kāi)關(guān)單元1包括第三開(kāi)關(guān)管S₃和第一二極管D₁，第二開(kāi)關(guān)單元2包括第四開(kāi)關(guān)管S₄和第二二極管D₂，濾波電路3包括濾波電感L_g、阻尼電阻R_d和濾波電容C_f。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：輸入電源U_in的正極分別連接第一濾波電感L₁的一端、第二濾波電感L₂的一端、第三開(kāi)關(guān)管S₃的一端和第四開(kāi)關(guān)管S₄的一端，輸入電源U_in的負(fù)極連接第一開(kāi)關(guān)管S₁的一端和第二開(kāi)關(guān)管S₂的一端，第一開(kāi)關(guān)管S₁的另一端連接第五開(kāi)關(guān)管S₅的一端和第一濾波電感L₁的另一端，第五開(kāi)關(guān)管S₅的另一端分別連接第一二極管D₁的陽(yáng)極、濾波電感L_g的一端和阻尼電阻R_d的一端，第一二極管D₁的陰極連接第三開(kāi)關(guān)管S₃的另一端，阻尼電阻R_d的另一端連接濾波電容C_f的一端，濾波電感L_g的另一端連接電網(wǎng)u_g的正極，電網(wǎng)u_g的負(fù)極分別連接濾波電容C_f的另一端、第六開(kāi)關(guān)管S₆的一端和第二二極管D₂的陰極，第二二極管D₂的陰極連接第四開(kāi)關(guān)管S₄的另一端，第六開(kāi)關(guān)管S₆的另一端分別連接第二開(kāi)關(guān)管S₂的另一端和第二濾波電感L₂的另一端。

第一開(kāi)關(guān)管S₁和第二開(kāi)關(guān)管S₂驅(qū)動(dòng)信號(hào)共地，第三開(kāi)關(guān)管S₃和第四開(kāi)關(guān)管S₄驅(qū)動(dòng)信號(hào)共地。

第一～第六開(kāi)關(guān)管為IGBT或MOSFET。第一二極管和第二二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管。

輸入電源U_in為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲(chǔ)能電源中的一種。

本發(fā)明的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法：當(dāng)電網(wǎng)u_g大于等于零時(shí)，第二開(kāi)關(guān)管S₂、第三開(kāi)關(guān)管S₃和第六開(kāi)關(guān)管S₆常斷，第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅同時(shí)開(kāi)通關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S₁和第四開(kāi)關(guān)管S₄互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管S₁的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流i_g的大小，保證電網(wǎng)電流i_g與電網(wǎng)u_g同頻同相；當(dāng)電網(wǎng)u_g小于零時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S₁、第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅常斷，第三開(kāi)關(guān)管S₃和第六開(kāi)關(guān)管S₆同時(shí)開(kāi)通關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S₂和第三開(kāi)關(guān)管S₃互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)第二開(kāi)關(guān)管S₂的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流i_g的大小，保證電網(wǎng)電流i_g與電網(wǎng)u_g同頻同相。

本發(fā)明的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器沒(méi)有傳統(tǒng)橋式逆變器橋臂的功率管直通問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；各開(kāi)關(guān)管不需要設(shè)死區(qū)時(shí)間，提高了電網(wǎng)電流的波形質(zhì)量；可實(shí)現(xiàn)單級(jí)升降壓變換，不需要傳統(tǒng)降壓型并網(wǎng)逆變器的兩級(jí)變換；只需要2個(gè)二極管。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖中的主要符號(hào)名稱：U_in——電源電壓，S₁～S₆——開(kāi)關(guān)管，D₁和D₂——二極管，L₁，L₂——濾波電感，L_g——網(wǎng)側(cè)濾波電感，C_f——濾波電容，R_d——阻尼電阻，u_g——電網(wǎng)電壓，i_g——電網(wǎng)電流，i_L1，i_L2——電感L₁和L₂的電流。

具體實(shí)施方式

由圖1可知，本申請(qǐng)的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器，包括輸入電源U_in、第一濾波電感L₁、第二濾波電感L₂、第一開(kāi)關(guān)管S₁、第二開(kāi)關(guān)管S₂、第五開(kāi)關(guān)管S₅、第六開(kāi)關(guān)管S₆、第一開(kāi)關(guān)單元1、第二開(kāi)關(guān)單元2、濾波電路3和電網(wǎng)u_g，其中第一開(kāi)關(guān)單元1包括第三開(kāi)關(guān)管S₃和第一二極管D₁，第二開(kāi)關(guān)單元2包括第四開(kāi)關(guān)管S₄和第二二極管D₂，濾波電路3包括濾波電感L_g、阻尼電阻R_d和濾波電容C_f。具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：輸入電源U_in的正極分別連接第一濾波電感L₁的一端、第二濾波電感L₂的一端、第三開(kāi)關(guān)管S₃的一端和第四開(kāi)關(guān)管S₄的一端，輸入電源U_in的負(fù)極連接第一開(kāi)關(guān)管S₁的一端和第二開(kāi)關(guān)管S₂的一端，第一開(kāi)關(guān)管S₁的另一端連接第五開(kāi)關(guān)管S₅的一端和第一濾波電感L₁的另一端，第五開(kāi)關(guān)管S₅的另一端分別連接第一二極管D₁的陽(yáng)極、濾波電感L_g的一端和阻尼電阻R_d的一端，第一二極管D₁的陰極連接第三開(kāi)關(guān)管S₃的另一端，阻尼電阻R_d的另一端連接濾波電容C_f的一端，濾波電感L_g的另一端連接電網(wǎng)u_g的正極，電網(wǎng)u_g的負(fù)極分別連接濾波電容C_f的另一端、第六開(kāi)關(guān)管S₆的一端和第二二極管D₂的陰極，第二二極管D₂的陰極連接第四開(kāi)關(guān)管S₄的另一端，第六開(kāi)關(guān)管S₆的另一端分別連接第二開(kāi)關(guān)管S₂的另一端和第二濾波電感L₂的另一端。

第一開(kāi)關(guān)管S₁和第二開(kāi)關(guān)管S₂驅(qū)動(dòng)信號(hào)共地，第三開(kāi)關(guān)管S₃和第四開(kāi)關(guān)管S₄驅(qū)動(dòng)信號(hào)共地。

第一～第六開(kāi)關(guān)管為IGBT或MOSFET。第一二極管和第二二極管為碳化硅二極管或快恢復(fù)二極管。

輸入電源U_in為蓄電池、燃料電池或光伏電池等新型儲(chǔ)能電源中的一種。

本申請(qǐng)的高可靠升降壓并網(wǎng)逆變器的控制方法：當(dāng)電網(wǎng)u_g大于等于零時(shí)，第二開(kāi)關(guān)管S₂、第三開(kāi)關(guān)管S₃和第六開(kāi)關(guān)管S₆常斷，第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅同時(shí)開(kāi)通關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S₁和第四開(kāi)關(guān)管S₄互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管S₁的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流i_g的大小，保證電網(wǎng)電流i_g與電網(wǎng)u_g同頻同相；當(dāng)電網(wǎng)u_g小于零時(shí)，第一開(kāi)關(guān)管S₁、第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅常斷，第三開(kāi)關(guān)管S₃和第六開(kāi)關(guān)管S₆同時(shí)開(kāi)通關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S₂和第三開(kāi)關(guān)管S₃互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)第二開(kāi)關(guān)管S₂的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流i_g的大小，保證電網(wǎng)電流i_g與電網(wǎng)u_g同頻同相。

電網(wǎng)電流i_g可采用正弦脈沖寬度調(diào)制或者滯環(huán)電流控制。

在分析之前，作如下假設(shè)：①所有開(kāi)關(guān)管和二極管均為理想器件，不考慮開(kāi)關(guān)時(shí)間，導(dǎo)通壓降；②所有電感、電容均為理想元件。

電網(wǎng)電壓u_g大于等于零時(shí)，存在2種工作模態(tài)，具體如下：

1)開(kāi)關(guān)模態(tài)1

第一開(kāi)關(guān)管S₁開(kāi)通，其他開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S₂承受的電壓為U_in，第三開(kāi)關(guān)管S₃、第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅承受的電壓為0，第六開(kāi)關(guān)管S₆承受的電壓為U_in+u_g，第一二極管D₁承受的電壓為U_in，第二二極管D₂承受的電壓為U_in+u_g，第一濾波電感電流i_L1上升。

2)開(kāi)關(guān)模態(tài)2

第四開(kāi)關(guān)管S₄和第五開(kāi)關(guān)管S₅開(kāi)通，其他開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S₁承受的電壓為U_in+u_g，第二開(kāi)關(guān)管S₂承受的電壓為U_in，第三開(kāi)關(guān)管S₃承受的電壓為u_g，第六開(kāi)關(guān)管S₆承受的電壓為0，第一二極管D₁導(dǎo)通，第一濾波電感電流i_L1下降。

電網(wǎng)電壓u_g小于零時(shí)，存在2種工作模態(tài)，具體如下：

1)開(kāi)關(guān)模態(tài)1

第二開(kāi)關(guān)管S₂開(kāi)通，其他開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)管S₁承受的電壓為U_in，第三開(kāi)關(guān)管S₃、第四開(kāi)關(guān)管S₄和第六開(kāi)關(guān)管S₆承受的電壓為0，第五開(kāi)關(guān)管S₅承受的電壓為U_in-u_g，第二二極管D₂承受的電壓為U_in，第一二極管D₁承受的電壓為U_in-u_g，第二濾波電感電流i_L2負(fù)向增加。

2)開(kāi)關(guān)模態(tài)2

第三開(kāi)關(guān)管S₃和第六開(kāi)關(guān)管S₆開(kāi)通，其他開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)管S₂承受的電壓為U_in-u_g，第一開(kāi)關(guān)管S₁承受的電壓為U_in，第四開(kāi)關(guān)管S₄承受的電壓為-u_g，第五開(kāi)關(guān)管S₅承受的電壓為0，第二二極管D₂導(dǎo)通，第二濾波電感電流i_L2負(fù)向減小。