本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器。

背景技術(shù)：

光伏電池的輸出電壓通常較低，且受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度的影響而大范圍波動(dòng)，往往需要升壓逆變裝置將其逆變?yōu)榭捎玫姆€(wěn)定交流電壓。采用具有升壓能力的dc-dc變換器(如boost變換器、boost-buck變換器等)與電壓型全橋逆變器級(jí)聯(lián)，可以方便地實(shí)現(xiàn)升壓逆變。然而，這種方案存在元件數(shù)量多，成本高以及集成度較低等缺點(diǎn)。為此，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始將研究目光轉(zhuǎn)向單級(jí)式升壓逆變器。目前，已見(jiàn)諸報(bào)道的單級(jí)式升壓逆變器主要有：電流型逆變器、z源逆變器、差動(dòng)式逆變器、加合式逆變器、集成式逆變器等。集成式逆變器通過(guò)共用功率器件，將升壓式變換器和傳統(tǒng)全橋逆變器集成在一起。與前四種相比，集成式逆變器顯著減少了元件數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本并提高了集成度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器，該逆變器實(shí)現(xiàn)了三個(gè)buck-boost變換器和三相全橋逆變器的集成，將原本由兩級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)的功能由單級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)體積和成本，提高了系統(tǒng)集成度。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器，包括防反二極管d1-d3，升壓電感l(wèi)1，開(kāi)關(guān)管s1-s6，所述防反二極管d1的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d1的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s1和開(kāi)關(guān)管s2；所述防反二極管d2的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d2的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s3和開(kāi)關(guān)管s4；所述防反二極管d3的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d3的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s5和開(kāi)關(guān)管s6。

進(jìn)一步的，所述防反二極管d1的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d1的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s1和開(kāi)關(guān)管s2。

進(jìn)一步的，所述防反二極管d2的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d2的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s3和開(kāi)關(guān)管s4。

進(jìn)一步的，所述防反二極管d3的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d3的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s5和開(kāi)關(guān)管s6。

進(jìn)一步的，還包括濾波電感l(wèi)o1-lo3，濾波電容co1-co3，所述的濾波電感l(wèi)o1-lo3各自的其中一端分別與防反二極管d1-d3的陽(yáng)極連接，濾波電感l(wèi)o1-lo3各自的另一端分別與濾波電容co1-co3一一對(duì)應(yīng)連接。

進(jìn)一步的，還包括升壓濾波電容cin，所述升壓濾波電容cin的正極與升壓電感l(wèi)1連接，升壓濾波電容cin的負(fù)極與開(kāi)關(guān)管s2、開(kāi)關(guān)管s4、開(kāi)關(guān)管s6連接。

上述一種三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器的調(diào)制方法，是通過(guò)采用三相spwm調(diào)制方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)三相buck-boost集成式逆變器的直流電壓泵升和輸出電壓正弦化。

有益效果：本發(fā)明的逆變器實(shí)現(xiàn)了三個(gè)buck-boost變換器和三相全橋逆變器的集成，將原本由兩級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)的功能由單級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)體積和成本，提高了系統(tǒng)集成度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明逆變器的一個(gè)實(shí)施例主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演化示意圖；

圖3為本發(fā)明調(diào)制方法中的三相調(diào)制波時(shí)序圖；

圖4為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖5為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖6為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖7為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖8為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖9為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖10為本發(fā)明調(diào)制方法中的其中一個(gè)模態(tài)等效電路圖；

圖11為本發(fā)明調(diào)制方法中的區(qū)間1的等效波形圖；

圖12為本發(fā)明調(diào)制方法中的區(qū)間2的等效波形圖；

圖13為本發(fā)明調(diào)制方法中的區(qū)間3的等效波形圖；

圖14為本發(fā)明仿真驗(yàn)證中的三相spwm調(diào)制方式下的系統(tǒng)仿真波形圖；

圖15為本發(fā)明仿真驗(yàn)證中的三相spwm調(diào)制方式下的系統(tǒng)仿真波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一下詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示的一種三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器的電路拓?fù)鋱D，包括防反二極管d1-d3，升壓電感l(wèi)1，開(kāi)關(guān)管s1-s6，所述防反二極管d1的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d1的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s1和開(kāi)關(guān)管s2；所述防反二極管d2的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d2的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s3和開(kāi)關(guān)管s4；所述防反二極管d3的一端連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d3的另一端并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s5和開(kāi)關(guān)管s6。

作為本實(shí)施例的進(jìn)一步優(yōu)化：

優(yōu)選的，所述防反二極管d1的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d1的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s1和開(kāi)關(guān)管s2；所述防反二極管d2的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d2的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s3和開(kāi)關(guān)管s4；所述防反二極管d3的陰極連接有升壓電感l(wèi)1，所述防反二極管d3的陽(yáng)極并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)管s5和開(kāi)關(guān)管s6。

優(yōu)選的，為了保證輸出信號(hào)的濾波效果，還包括濾波電感l(wèi)o1-lo3，濾波電容co1-co3，所述的濾波電感l(wèi)o1-lo3各自的其中一端分別與防反二極管d1-d3的陽(yáng)極連接，濾波電感l(wèi)o1-lo3各自的另一端分別與濾波電容co1-co3一一對(duì)應(yīng)連接。

優(yōu)選的，為了保證輸入信號(hào)的濾波效果，還包括升壓濾波電容cin，所述升壓濾波電容cin的正極與升壓電感l(wèi)1連接，升壓濾波電容cin的負(fù)極與開(kāi)關(guān)管s2、開(kāi)關(guān)管s4、開(kāi)關(guān)管s6連接。

圖2給出了該新型逆變器的拓?fù)溲莼^(guò)程。由圖2可以看出，其由buck-boost變換器演變而來(lái)，通過(guò)復(fù)用全橋逆變器的開(kāi)關(guān)管，實(shí)現(xiàn)三個(gè)buck-boost變換器和三相全橋逆變器的集成，將原本由兩級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)的功能由單級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)體積和成本，提高了系統(tǒng)集成度。

本發(fā)明的三相高增益buck-boost集成式升壓逆變器采用傳統(tǒng)三相spwm調(diào)制方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)三相buck-boost集成式逆變器的直流電壓泵升和輸出電壓正弦化。為便于分析，將三相調(diào)制波按如圖3所示分為六個(gè)區(qū)間。表1給出了傳統(tǒng)三相spwm調(diào)制時(shí)，該集成式升壓逆變器在各區(qū)間單個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)時(shí)序。

結(jié)合該開(kāi)關(guān)時(shí)序，可分析得出該三相buck-boost集成式升壓逆變器的工作原理和特性。由于逆變器在前3個(gè)區(qū)間的工作過(guò)程與在后3個(gè)區(qū)間的工作過(guò)程基本相似，故此處僅以前3個(gè)區(qū)間的工作過(guò)程為例進(jìn)行分析。為了簡(jiǎn)化分析，首先假設(shè)該逆變器工作已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，并符合以下條件：

1)所有功率管、電感、電容均為理想器件；

2)輸入電壓uin恒定，故可等效為恒壓源；

3)電容cin足夠大，其端電壓uc近似恒定，故可等效為恒壓源；

4)節(jié)點(diǎn)n2的電位為零。

基于上述假設(shè)，該升壓逆變器在各區(qū)間單個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的工作過(guò)程可以分成6個(gè)模態(tài)，每個(gè)工作模態(tài)對(duì)應(yīng)的等效電路如圖4到圖10所示，其主要工作波形如圖11到圖13所示，下面分別予以分析。

表1開(kāi)關(guān)時(shí)序

區(qū)間①

模態(tài)1：[t0-t1](等效電路如圖4所示)

在t0時(shí)刻，s1，s4和s6導(dǎo)通，二極管d1導(dǎo)通而d2和d3反偏截止。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)，到t1時(shí)刻，模態(tài)1結(jié)束。

模態(tài)2：[t1-t2](等效電路如圖5所示)

在t1時(shí)刻，s6關(guān)斷，s5導(dǎo)通，二極管d1和d3導(dǎo)通而d2反偏截止。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)，到t2時(shí)刻，模態(tài)2結(jié)束。

模態(tài)3：[t2-t3](等效電路如圖6所示)

在t2時(shí)刻，s4關(guān)斷，s3導(dǎo)通，二極管d1，d2和d3均導(dǎo)通。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)，到t3時(shí)刻，模態(tài)3結(jié)束。

模態(tài)4：[t3-t4](等效電路如圖5所示)

在t3時(shí)刻，s3關(guān)斷，s4導(dǎo)通，到t4時(shí)刻，模態(tài)4結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與模態(tài)2基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)5：[t4-t5](等效電路如圖4所示)

在t4時(shí)刻，s5關(guān)斷，s6導(dǎo)通，到t5時(shí)刻，模態(tài)5結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與模態(tài)1基本相同，再次不再贅述。

模態(tài)6：[t5-t6](等效電路如圖7所示)

在t5時(shí)刻，s1關(guān)斷，s2導(dǎo)通，d1，d2和d3續(xù)流。l1承受反向電壓uc，電流il1(t)線性減小。到t6時(shí)刻，模態(tài)6結(jié)束。下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復(fù)上述過(guò)程。

區(qū)間②

模態(tài)1：(等效電路如圖4所示)

在t0時(shí)刻，s1，s4和s6導(dǎo)通，到t1時(shí)刻，模態(tài)1結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間①中的模態(tài)1基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)2：(等效電路如圖8所示)

在t1時(shí)刻，s4關(guān)斷，s3導(dǎo)通，二極管d1，d2導(dǎo)通而d3反偏截止。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)，到t2時(shí)刻，模態(tài)2結(jié)束。

模態(tài)3：(等效電路如圖6所示)

在t2時(shí)刻，s6關(guān)斷，s5導(dǎo)通，到t3時(shí)刻，模態(tài)3結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間①中的模態(tài)3基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)4：(等效電路如圖8所示)

在t3時(shí)刻，s5關(guān)斷，s6導(dǎo)通，到t4時(shí)刻，模態(tài)4結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與模態(tài)2基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)5：(等效電路如圖9所示)

在t4時(shí)刻，s3關(guān)斷，s4導(dǎo)通，二極管d1導(dǎo)通而d2和d3反偏截止。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)。到t5時(shí)刻，模態(tài)5結(jié)束。

模態(tài)6：(等效電路如圖7所示)

在t5時(shí)刻，s1關(guān)斷，s2導(dǎo)通，d1，d2和d3續(xù)流。到t6時(shí)刻，模態(tài)6結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間①中的模態(tài)6基本相同，故在此不再贅述。下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復(fù)上述過(guò)程。

區(qū)間③

模態(tài)1：(等效電路如圖8所示)

在t0時(shí)刻，s1，s3和s6導(dǎo)通，到t1時(shí)刻，模態(tài)1結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間②中的模態(tài)2基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)2：(等效電路如圖6所示)

在t1時(shí)刻，s6關(guān)斷，s5導(dǎo)通，到t2時(shí)刻，模態(tài)2結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間①中的模態(tài)3基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)3：(等效電路如圖8所示)

在t2時(shí)刻，s5關(guān)斷，s6導(dǎo)通，到t3時(shí)刻，模態(tài)3結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與模態(tài)1基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)4：(等效電路如圖10所示)

在t3時(shí)刻，s1關(guān)斷，s2導(dǎo)通，二極管d2導(dǎo)通，而d1和d3反偏截止。l1承受正向電壓uin，電感電流il1(t)線性增長(zhǎng)，到t4時(shí)刻，模態(tài)4結(jié)束。

模態(tài)5：(等效電路如圖7所示)

在t4時(shí)刻，s3關(guān)斷，s4導(dǎo)通，到t5時(shí)刻，模態(tài)5結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與區(qū)間①中的模態(tài)6基本相同，故在此不再贅述。

模態(tài)6：(等效電路如圖10所示)

在t5時(shí)刻，s4關(guān)斷，s3導(dǎo)通，到t6時(shí)刻，模態(tài)6結(jié)束。該模態(tài)工作過(guò)程與模態(tài)4基本相同，故在此不再贅述。下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始，重復(fù)上述過(guò)程。

仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證所提出的三相buck-boost集成式升壓逆變器的正確性，構(gòu)建了一臺(tái)1kw/10khz的樣機(jī)，并進(jìn)行了saber仿真驗(yàn)證。該樣機(jī)的主電路參數(shù)如表2所示。仿真中逆變器采用恒阻性負(fù)載。

圖14到圖15給出了傳統(tǒng)三相spwm調(diào)制方式下，輸入電壓為120v，輸出功率po＝1kw時(shí)，該逆變器三相正弦調(diào)制波uar,ubr,ucr,三角載波uc,輸入電壓uin,升壓電感電流il1,直流母線電壓udc和輸出電壓uoa、uob、uoc的仿真波形?？梢钥闯?，升壓電感電流il1中含有3倍工頻分量，其脈動(dòng)峰峰值約為10.4a；uoa、uob、uoc的有效值均為220v，此時(shí)的電壓增益為g＝2.59，對(duì)應(yīng)的調(diào)制比為0.826。仿真結(jié)果表明，該逆變能夠很好地實(shí)現(xiàn)升壓和逆變功能。

表2逆變器電路參數(shù)

本發(fā)明的逆變器實(shí)現(xiàn)了三個(gè)buck-boost變換器和三相全橋逆變器的集成，將原本由兩級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)的功能由單級(jí)功率變換實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)體積和成本，提高了系統(tǒng)集成度。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。