一種光伏并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器的制造方法
【專利摘要】一種光伏并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器，涉及逆變器。設有電源Vin、串聯(lián)電感L1、耦合電感L2P和L2S、第一電容C1、第二電容C2、濾波電感L0、濾波電容C0、第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3和第四開關管S4。采用正弦電壓跟蹤法輸出交流電壓，即通過控制占空比大小有規(guī)律的變化，輸出按照正弦規(guī)律變化的電壓，從而達到將直流逆變?yōu)榻涣鞯哪康摹＝Y構簡單、可靠性高。通過改變開關管的占空比和耦合電感的匝比N可以實現(xiàn)不同的電壓增益，結合正弦波形跟蹤調(diào)制方法，可實現(xiàn)任意電壓幅值的逆變電壓輸出?？梢詼p少紋波電流。
【專利說明】
一種光伏并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及逆變器，尤其是涉及微網(wǎng)系統(tǒng)中用于光伏分布式發(fā)電的一種光伏 并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器。
【背景技術】
[0002] 在能源的日益枯竭以及生態(tài)環(huán)境惡化的問題下，尋求新能源并對其加以利用越來 越重要。太陽能取之不盡、用之不竭，并且無害，不會污染環(huán)境，所以如何利用太陽能成為了 全世界研究的重點。光伏并網(wǎng)發(fā)電是目前人們使用太陽能的重要方式，但傳統(tǒng)集中式光伏 并網(wǎng)系統(tǒng)存在可靠性低、MPPT效率不高、系統(tǒng)可擴展性不強等劣勢，發(fā)展分布式光伏并網(wǎng)系 統(tǒng)成為解決這一問題徹底方案，而其中的微型逆變器又是該系統(tǒng)的關鍵技術。
[0003] 傳統(tǒng)的電壓式全橋逆變器整體電路的體積較大，成本高，在輸入電壓較低和變化 范圍較大的場合，通常需要在其前級加入DC/DC升壓電路，增加了系統(tǒng)的復雜性;并且不允 許同一橋臂的兩個開關同時導通，插入死區(qū)可以避免直通問題，但會引起輸出諧波電壓的 增大。因此，研究可靠性高、成本低、效率高的新型逆變器具有非常重要的意義，也是目前逆 變技術發(fā)展的重要方向之一。
[0004] 中國專利CN202385026U公開一種光伏微型逆變器，包含晶硅電池組件接口（1)、交 錯反激DC/DC升壓電路(2)、DC/AC工頻換向電路(3)、濾波器電路(4)和微處理器電路(5)，晶 硅電池組件接口、交錯反激DC/DC升壓電路、DC/AC工頻換向電路和濾波器電路依次連接，并 共同連接微處理器電路。
[0005] 中國專利CN103888013A公開一種基于高頻交流降壓理論的微型逆變器及其數(shù)字 控制裝置，包括輸入電源Uin，正弦調(diào)制高頻逆變器、能量緩沖電感、高頻變壓器、不控橋式整 流器、型濾波器、工頻開關逆變器?？刂蒲b置包括電壓傳感器、電流傳感器以及DSP數(shù)字控 制器。其中，正弦調(diào)制高頻逆變器和工頻開關逆變器都是由四個電力M0SFET構成;高頻變壓 器的原邊和副邊都為單繞組結構;不控橋式整流器由四個快恢復二極管構成;型濾波器由 兩個電容&、C 2和一個電感U，互相連接成31形狀。
[0006] 中國專利CN103441693A公開一種并網(wǎng)型光伏發(fā)電微型逆變器及其控制方法。逆變 器包括第一電容、第一電壓傳感器、第一驅(qū)動模塊、第一反激變換器、第二反激變換器、第二 電壓傳感器、第三電壓傳感器、MPU控制器、第二驅(qū)動模塊、第一逆變橋、第二逆變橋、第二電 容、電流傳感器、濾波器和第四電壓傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型的目的在于針對傳統(tǒng)逆變器成本高、可靠性低和結構復雜等缺點，提 供結構簡單、可靠性高，可減少紋波電流、具有高升壓比的一種光伏并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器。
[0008] 本實用新型設有電源Vin、串聯(lián)電感U、耦合電感L2P和L2S、第一電容心、第二電容C2、 濾波電感Lo、濾波電容C〇、第一開關管Si、第二開關管S2、第三開關管S3和第四開關管S4;
[0009] 串聯(lián)電感Li與電源Vin串聯(lián);耦合電感初級L2P與第二開關管S2、耦合電感次級L2S串 聯(lián)后與第一電容Cl并聯(lián)，親合電感初級L2P的同名端與串聯(lián)電感Ll的一端相連，第二開關管S2 的漏極與耦合電感初級L2P的異名端相連，第二開關管S2的源極與耦合電感次級L2S的同名端 相連；
[0010]第二電容C2的一端連接耦合電感次級L2S的同名端和第二開關管S2的源極，第二電 容&的另一端連接電源1"的負極；
[0011 ]第一開關管Si的一端連接親合電感次級L2S的異名端和第一電容Cl的一端，第一開 關管Si的另一端連接第二電容C2的一端和電源Vin的負極；
[0012] 第三開關管S3和第四開關管S4串聯(lián)后與電源Vin并聯(lián)，第三開關管S3的源極和第四 開關管s 4的漏極相連；
[0013] 負載電阻Vo與濾波電容Co并聯(lián)后與濾波電感Lo相連，濾波電感Lo的另一端與第二 電容C2的一端相連，負載電阻V〇的另一端與第三開關管S3的源極和第四開關管S4的漏極相 連。
[0014] 本實用新型采用了正弦電壓跟蹤法輸出交流電壓，即通過控制占空比大小有規(guī)律 的變化，輸出按照正弦規(guī)律變化的電壓，從而達到將直流逆變?yōu)榻涣鞯哪康摹?br>[0015] 相較于現(xiàn)有技術，本實用新型的技術方案具備以下有益效果：
[0016] 本實用新型提供一種結構簡單、可靠性高的用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的準Z源逆變器拓 撲電路。通過改變開關管的占空比和耦合電感的匝比N可以實現(xiàn)不同的電壓增益，結合正弦 波形跟蹤調(diào)制方法，理論上可以實現(xiàn)任意電壓幅值的逆變電壓輸出。相比于傳統(tǒng)的電壓源 逆變器有結構簡單、可靠性高的優(yōu)點，并且可以減少紋波電流。本實用新型適用于微網(wǎng)系統(tǒng) 中的光伏分布式系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型實施例中微網(wǎng)系統(tǒng)中用于光伏分布式發(fā)電的微型逆變器電路 圖。
[0018] 圖2為本實用新型實施例中開關管的控制策略。
[0019] 圖3為本實用新型實施例中等效工作模態(tài)一電路圖。
[0020] 圖4為本實用新型實施例中等效工作模態(tài)二電路圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和實施例，對本實用新型做進一步的闡述。
[0022] 圖1為本實用新型提供的一種微網(wǎng)系統(tǒng)中用于光伏分布式發(fā)電的微型逆變器電路 拓撲，它包括：電源Vin、串聯(lián)電感U、耦合電感L 2P和L2S、第一電容Q、第二電容C2、濾波電感 Lo、濾波電容Co、第一開關管Si、第二開關管S2、第三開關管S3和第四開關管S4;
[0023] 串聯(lián)電感1^與電源Vin串聯(lián);耦合電感初級L2P與第二開關管&、耦合電感次級L 2S串 聯(lián)后與第一電容Cl并聯(lián)，親合電感初級L2P的同名端與串聯(lián)電感Li的一端相連，第二開關管S2 的漏極與耦合電感初級L 2p的異名端相連，第二開關管S2的源極與耦合電感次級L2S的同名端 相連;第二電容C 2的一端連接耦合電感次級L2S的同名端和第二開關管S2的源極，第二電容C 2 的另一端連接電源Vin的負極;第一開關管Si的一端連接親合電感次級L2S的異名端和第一電 容Cl的一端，第一開關管Si的另一端連接第二電容C2的一端和電源Vin的負極;第三開關管S3 和第四開關管S4串聯(lián)后與電源Vln并聯(lián)，第三開關管S3的源極和第四開關管S4的漏極相連;負 載電阻Vo與濾波電容Co并聯(lián)后與濾波電感Lo相連，濾波電感Lo的另一端與第二電容C2的一端 相連，負載電阻Vo的另一端與第三開關管S 3的源極和第四開關管S4的漏極相連。
[0024]下面簡要介紹該變換器的控制策略和基本原理:通過第一開關管一:和第二開關管 S2的互補導通，實現(xiàn)輸出交流電壓的功能。由于輸出電壓和輸入電壓用占空比來表示不是 線性關系，為了得到正弦的輸出電壓，占空比不能用正弦方式來改變。因此使用根據(jù)輸出電 壓與輸入電壓的關系推導出的占空比變化曲線作為參考信號，與三角波進行比較，當參考 信號大于三角波時，Si開通，否則，Si關斷，S 2的柵極信號與一:的柵極信號互補。為了輸出完 整正弦波，在輸出電壓周期的正半周將S3開通，S4截止，在輸出電壓的負半周將S3截止，S4開 通，以實現(xiàn)輸出電壓的正向和負向都可以實現(xiàn)任意電壓增益?？刂撇呗匀鐖D2所示。
[0025] 工作時，當S3開通，S4截止時，負載的電壓相當于第二電容&和電源V in的電壓差；當 S3截止，S4開通時，負載的電壓相當于電容第二(：2的電壓。因此，先將第三開關管S 3、第四開 關管S4和負載去掉，不影響分析，此時逆變器有兩個等效工作模態(tài)，（1)第一開關管Si導通， 第二開關管S2截止；（2)第一開關管Si截止，第二開關管S2導通。在一個周期中，兩個工作模 態(tài)互補。等效電路分別如圖3和4所示。
[0026] 等效工作模態(tài)一 (to-tihSi導通，&截止，整個電路構成兩個回路。電流由電源Vin 流經(jīng)串聯(lián)電感U、第一電容&和第一開關管Si，最終流回電源Vin，構成回路一。電流由第二電 容&流經(jīng)耦合電感次級L 2S，并通過第一開關管&流回第二電容C2,構成回路二。在回路一中， 電源V in和串聯(lián)電感U對第一電容(^反向充電。在回路二中，由第二電容(：2對耦合電感次級 L2S進行充電。
[0027] 等效工作模態(tài)二(tl-tQ'）：Sl截止，S2導通，整個電路構成兩個回路。電流由電源Vin 流經(jīng)串聯(lián)電感U、耦合電感初級L2P、第二開關管S2和第二電容C2,最終流回電源V in，構成回 路三。由耦合電感初級L2P、第二開關管S2、耦合電感次級L 2S和第一電容&構成回路四。在回 路三中，流過耦合電感初級L2P的電流對第二電容C 2充電。在回路四中，親合電感初級L2P和耦 合電感次級L2S對第一電容Cl充電。
[0028] 在工作模態(tài)一時，根據(jù)KVL可列如下方程：
[0029] Ul2s = Uc2 (1)
[0030] -Vin+ULi-Uci = 0 (2)
[0031] 在工作模態(tài)二時，根據(jù)KVL可列如下方程：
[0032] -Vin-(-ULi)-(-UL2p)+Uc2 = 0 (3)
[0033] Ul2p+Ul2s+Uci = 0 (4)
[0034] 在一個開關周期中，Si導通時間為導通時間為T2,占空比DqzIVT，根據(jù)Ul2p: UL2S = N以及電感Li和耦合電感次級L2S的伏秒平衡可得：
[0036]則負載的輸出電壓為：

[0039] 設輸出電壓v〇 = Vsin wt:
，:當N取1時，可得：
[0042] 從式(6)和(7)可以看出升壓比與匝比N和占空比Do有關，調(diào)節(jié)匝比N和占空比Do可 以實現(xiàn)不同的升壓比，以式（8)和（9)所表示的波形作為參考信號，與三角載波交截產(chǎn)生 SPWM控制信號來控制開關管的開通與關斷。
[0043]綜上所述，本實用新型提供的一種微網(wǎng)系統(tǒng)中用于光伏分布式發(fā)電的微型逆變 器，通過改變開關管的導通占空比和耦合電感的匝比N可以實現(xiàn)不同的電壓增益。使用改進 型控制方式，得到正弦輸出電壓，理論上可以實現(xiàn)任意電壓幅值的逆變電壓輸出。相比于傳 統(tǒng)的電壓源逆變器有結構簡單、可靠性高的優(yōu)點，并且可以減少紋波電流。本實用新型是一 種使用于微網(wǎng)系統(tǒng)中的微型逆變器，并且是該系統(tǒng)的關鍵技術。該逆變器與光伏面板連接， 所構成的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)解決了集中式并網(wǎng)系統(tǒng)中存在的可靠性差、MPPT跟蹤效率低以及 系統(tǒng)可擴展性差的問題。本實用新型所述的一種微網(wǎng)系統(tǒng)中用于光伏分布式發(fā)電的微型逆 變器是一種準Z源逆變器，含有耦合電感，通過改變開關管的占空比和耦合電感的匝比可以 實現(xiàn)不同的電壓增益，結合正弦波形跟蹤調(diào)制方法，理論上可以實現(xiàn)任意電壓幅值的逆變 電壓輸出。相比于傳統(tǒng)的電壓源逆變器有結構簡單、可靠性高的優(yōu)點，并且可以減少紋波電 流。本實用新型適用于微網(wǎng)系統(tǒng)中光伏分布式發(fā)電的場合。
【主權項】
1. 一種光伏并網(wǎng)發(fā)電微型逆變器，其特征在于設有電源νιη、串聯(lián)電感U、耦合電感L2P和 L2S、第一電容Ci、第二電容C2、濾波電感Lo、濾波電容Co、第一開關管Si、第二開關管S2、第三開 關管S3和第四開關管S4; 串聯(lián)電感1^與電源Vin串聯(lián);親合電感初級L2P與第二開關管S2、耦合電感次級L2S串聯(lián)后 與第一電容Cl并聯(lián)，親合電感初級L2P的同名端與串聯(lián)電感Li的一端相連，第二開關管S2的漏 極與耦合電感初級L2P的異名端相連，第二開關管S 2的源極與耦合電感次級L2S的同名端相 連； 第二電容C2的一端連接耦合電感次級L2S的同名端和第二開關管S2的源極，第二電容C 2 的另一端連接電源Vin的負極； 第一開關管Si的一端連接親合電感次級L2S的異名端和第一電容Ci的一端，第一開關管 Si的另一端連接第二電容C2的一端和電源Vin的負極； 第三開關管S3和第四開關管S4串聯(lián)后與電源Vln并聯(lián)，第三開關管S3的源極和第四開關 管S4的漏極相連； 負載電阻Vo與濾波電容Co并聯(lián)后與濾波電感Lo相連，濾波電感Lo的另一端與第二電容C2 的一端相連，負載電阻Vo的另一端與第三開關管&的源極和第四開關管S4的漏極相連。
【文檔編號】H02J3/38GK205453543SQ201620283911
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發(fā)明人】何良宗, 侯國斌, 楊蕊菡, 張建寰
【申請人】廈門大學