准单级无变压器并网逆变器及其控制电路制造技术

本发明专利技术公开了准单级无变压器并网逆变器及其控制电路。所述并网逆变器包括直流功率变换电路和全桥逆变电路，其中，全桥逆变电路包括第一至第六功率开关管，功率二极管，第一、第二直流电容，第一、第二滤波电感和交流滤波电容，并有两种连接方式，对应于两种全桥逆变拓扑，分别有两种控制电路。本发明专利技术减少光伏组件输出功率的变换次数，降低通态损耗，提高系统效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子变换器
，特别涉及了准单级无变压器并网逆变器及其控制电路。
技术介绍
光伏发电系统按照是否与公共电网相连，分为并网运行和独立运行两种方式。其中，并网运行是新能源发电应用最普遍的方式，而并网逆变器作为新能源并网系统中的关键部件，提高其变换效率和功率密度具有重要意义。相对于包含工频变压器的并网逆变器，无变压器并网逆变器具有变换效率高、体积小和重量轻的优势，故得到了广泛应用。传统的两级式光伏并网逆变器，光伏组件串输出的所有功率均需经过两级高频变换，导致变换效率难以提高。针对上述问题，文献“ZhaoZ,XuM,ChenQ,etal.Derivation,analysis,andimplementationofaboost-buckconverter-basedhigh-efficiencyPVinverter.IEEETransactionsonPowerElectronics.2012,27(3):1304-1313.”提出光伏组件电压先由Boost电路升压，再由Buck电路高频变换为馒头波，最后通过工频桥换相并网，减小了开关损耗，提高了系统效率。文献“WuW,JiJ,BlaabjergF,etal.Aalborginverter－anewtypeof“buckinbuck，boostinboost”grid-tiedinverter.IEEETransactionsonPowerElectronics,2015,30(9):4784-4793.”提出一种改进的三级式并网逆变器结构，减少了电感数量，同样提高了变换效率。但是，上述两种方案使得光伏组件输出功率全部需经过三级变换，通态损耗高，系统效率亟待提高。因此，有必要研究出一种具备高效率、低漏电流和双向功率流运行的光伏并网逆变器及其控制方法。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供准单级无变压器并网逆变器及其控制电路，减少光伏组件输出功率的变换次数，降低通态损耗，提高系统效率。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种准单级无变压器并网逆变器，包括直流功率变换电路和全桥逆变电路；所述全桥逆变电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管，功率二极管，第一直流电容、第二直流电容，第一滤波电感、第二滤波电感和交流滤波电容；第一直流电容的正极分别连接光伏电源的正极和第六功率开关管的漏极，第一直流电容的负极分别连接光伏电源的负极、第二直流电容的负极、第三功率开关管的源极和第四功率开关管的源极，第二直流电容的正极连接第五功率开关管的漏极，第五功率开关管的源极分别连接功率二极管的阴极、第一功率开关管的集电极和第二功率开关管的集电极，功率二极管的阳极连接第六功率开关管的源极，第一功率开关管的发射极连接第三功率开关管的漏极和第一滤波电感的一端，第一滤波电感的另一端连接交流滤波电容的一端，交流滤波电容的另一端连接第二滤波电感的一端，第二滤波电感的另一端分别连接第二功率开关管的发射极和第四功率开关管的漏极，交流滤波电容的两端接入电网，直流功率变换电路的第一端连接光伏电源的正极，直流功率变换电路的第二端连接第二直流电容的负极，直流功率变换电路的第三端连接第二直流电容的正极。进一步地，所述直流功率变换电路为升压变换电路，其输出电压与输入电压同极性，直流功率变换电路控制第二直流电容上的电压恒定，并高于电网电压峰值。基于上述准单级无变压器并网逆变器的控制电路，包括电流传感器、第一～第三电压传感器、电流调节器、选通电路、绝对值计算电路、第一～第二减法器、第一～第二除法器、加法器、乘法器、第一～第四反相器、第一～第三比较器、第一～第二与门、或门、第一～第六驱动电路；电流传感器采样第一滤波电感的电流得到电感电流反馈信号iLf，第一减法器的负输入端接入iLf，第一减法器的正输入端接入电感电流参考信号iLr，第一减法器的输出端经电感电流调节器与加法器的第一输入端连接，第一电压传感器采样第一直流电容的电压得到第一直流电容电压反馈信号uCdc1f，第一除法器的第一输入端接入uCdc1f，第二电压传感器采样第二直流电容的电压得到第二直流电容电压反馈信号uCdc2f，第二除法器的第一输入端和第二减法器的正输入端分别接入uCdc2f，第二减法器的负输入端接入直流偏置信号uBias，第二减法器的输出端与第一比较器的正输入端连接，第一比较器的负输入端与绝对值计算电路的输出端连接，第一比较器的输出端分别连接选通电路的第三输入端、第一与门的第一输入端和第四反相器的输入端，第四反相器的输出端与第二与门的第一输入端连接，第三电压传感器采样电网电压得到电网电压反馈信号ugf，绝对值计算电路的输入端、第一除法器的第二输入端、第二除法器的第二输入端分别接入ugf，选通电路的第一输入端接入第一除法器的输出端信号ugff1，选通电路的第二输入端接入第二除法器的输出端ugff2，乘法器的第一输入端接入选通电路的输出端信号ugff，乘法器的第二输入端接入比例系数k，乘法器的输出端连接加法器的第二输入端，加法器的输出端分别连接第二比较器的正输入端和第一反相器的输入端，第一反相器的输出端连接第三比较器的正输入端，第二比较器的负相输入端和第三比较器的负相输入端分别接入三角载波信号ust，第二比较器的输出端分别连接第二反相器的输入端、或门的第一输入端和第四驱动电路的输入端，并由第四驱动电路输出第四功率开关管的驱动信号ugs4，第二反相器的输出端连接第二驱动电路的输入端，第二驱动电路输出第二功率开关管的驱动信号ugs2，第三比较器的输出端分别连接第三反相器的输入端、或门的第二输入端和第三驱动电路的输入端，第三驱动电路输出第三功率开关管的驱动信号ugs3，第三反相器的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路输出第一功率开关管的驱动信号ugs1，或门的输出端分别连接第一与门的第二输入端和第二与门的第二输入端，第一与门的输出端连接第六功率开关管的输入端，第六功率开关管输出第六功率开关管的驱动信号ugs6，第二与门的输出端连接第五驱动电路的输入端，第五驱动电路输出第五功率开关管的驱动信号ugs5。进一步地，所述第一比较器的输出信号为高电平时，选通电路的输出端信号ugff等于第一输入端信号ugff1；所述第一比较器的输出信号为低电平时，选通电路的输出端信号ugff等于第二输入端信号ugff2。进一步地，所述比例系数k的幅值与三角载波信号ust的幅值相等；所述直流偏置信号uBias大于零。本专利技术还提出了另一种准单级无变压器并网逆变器，包括直流功率变换电路和全桥逆变电路；所述全桥逆变电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、功率二极管、第一直流电容、第二直流电容、第一滤波电感、第二滤波电感和交流滤波电容；第一直流电容的正极分别连接光伏电源的正极和功率二极管的阳极，第一直流电容的负极分别连接光伏电源的负极、第二直流电容的负极和第六功率开关管的源极，第六功率开关管的漏极分别连接第三功率开关管的发射极和第四功率开关管的发射极，第二直流电容的正极连接第五功率开关管的漏极，第五功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准单级无变压器并网逆变器，其特征在于：包括直流功率变换电路(1)和全桥逆变电路(2)；所述全桥逆变电路(2)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)，功率二极管(D)，第一直流电容(Cdc1)、第二直流电容(Cdc2)，第一滤波电感(Lf1)、第二滤波电感(Lf2)和交流滤波电容(Cf)；第一直流电容(Cdc1)的正极分别连接光伏电源的正极和第六功率开关管(S6)的漏极，第一直流电容(Cdc1)的负极分别连接光伏电源的负极、第二直流电容(Cdc2)的负极、第三功率开关管(S3)的源极和第四功率开关管(S4)的源极，第二直流电容(Cdc2)的正极连接第五功率开关管(S5)的漏极，第五功率开关管(S5)的源极分别连接功率二极管(D)的阴极、第一功率开关管(S1)的集电极和第二功率开关管(S2)的集电极，功率二极管(D)的阳极连接第六功率开关管(S6)的源极，第一功率开关管(S1)的发射极连接第三功率开关管(S3)的漏极和第一滤波电感(Lf1)的一端，第一滤波电感(Lf1)的另一端连接交流滤波电容(Cf)的一端，交流滤波电容(Cf)的另一端连接第二滤波电感(Lf2)的一端，第二滤波电感(Lf2)的另一端分别连接第二功率开关管(S2)的发射极和第四功率开关管(S4)的漏极，交流滤波电容(Cf)的两端接入电网，直流功率变换电路(1)的第一端连接光伏电源的正极，直流功率变换电路(1)的第二端连接第二直流电容(Cdc2)的负极，直流功率变换电路(1)的第三端连接第二直流电容(Cdc2)的正极。...

【技术特征摘要】
1.一种准单级无变压器并网逆变器，其特征在于：包括直流功率变换电路(1)和全桥逆变电路(2)；所述全桥逆变电路(2)包括第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第五功率开关管(S5)、第六功率开关管(S6)，功率二极管(D)，第一直流电容(Cdc1)、第二直流电容(Cdc2)，第一滤波电感(Lf1)、第二滤波电感(Lf2)和交流滤波电容(Cf)；第一直流电容(Cdc1)的正极分别连接光伏电源的正极和第六功率开关管(S6)的漏极，第一直流电容(Cdc1)的负极分别连接光伏电源的负极、第二直流电容(Cdc2)的负极、第三功率开关管(S3)的源极和第四功率开关管(S4)的源极，第二直流电容(Cdc2)的正极连接第五功率开关管(S5)的漏极，第五功率开关管(S5)的源极分别连接功率二极管(D)的阴极、第一功率开关管(S1)的集电极和第二功率开关管(S2)的集电极，功率二极管(D)的阳极连接第六功率开关管(S6)的源极，第一功率开关管(S1)的发射极连接第三功率开关管(S3)的漏极和第一滤波电感(Lf1)的一端，第一滤波电感(Lf1)的另一端连接交流滤波电容(Cf)的一端，交流滤波电容(Cf)的另一端连接第二滤波电感(Lf2)的一端，第二滤波电感(Lf2)的另一端分别连接第二功率开关管(S2)的发射极和第四功率开关管(S4)的漏极，交流滤波电容(Cf)的两端接入电网，直流功率变换电路(1)的第一端连接光伏电源的正极，直流功率变换电路(1)的第二端连接第二直流电容(Cdc2)的负极，直流功率变换电路(1)的第三端连接第二直流电容(Cdc2)的正极。2.根据权利要求1所述一种准单级无变压器并网逆变器，其特征在于：所述直流功率变换电路(1)为升压变换电路，其输出电压与输入电压同极性，直流功率变换电路(1)控制第二直流电容(Cdc2)上的电压恒定，并高于电网电压峰值。3.基于权利要求1所述一种准单级无变压器并网逆变器的控制电路，其特征在于：包括电流传感器、第一～第三电压传感器、电流调节器、选通电路、绝对值计算电路、第一～第二减法器、第一～第二除法器、加法器、乘法器、第一～第四反相器、第一～第三比较器、第一～第二与门、或门、第一～第六驱动电路；电流传感器采样第一滤波电感(Lf1)的电流得到电感电流反馈信号iLf，第一减法器的负输入端接入iLf，第一减法器的正输入端接入电感电流参考信号iLr，第一减法器的输出端经电感电流调节器与加法器的第一输入端连接，第一电压传感器采样第一直流电容(Cdc1)的电压得到第一直流电容电压反馈信号uCdc1f，第一除法器的第一输入端接入uCdc1f，第二电压传感器采样第二直流电容(Cdc2)的电压得到第二直流电容电压反馈信号uCdc2f，第二除法器的第一输入端和第二减法器的正输入端分别接入uCdc2f，第二减法器的负输入端接入直流偏置信号uBias，第二减法器的输出端与第一比较器的正输入端连接，第一比较器的负输入端与绝对值计算电路的输出端连接，第一比较器的输出端分别连接选通电路的第三输入端、第一与门的第一输入端和第四反相器的输入端，第四反相器的输出端与第二与门的第一输入端连接，第三电压传感器采样电网电压得到电网电压反馈信号ugf，绝对值计算电路的输入端、第一除法器的第二输入端、第二除法器的第二输入端分别接入ugf，选通电路的第一输入端接入第一除法器的输出端信号ugff1，选通电路的第二输入端接入第二除法器的输出端ugff2，乘法器的第一输入端接入选通电路的输出端信号ugff，乘法器的第二输入端接入比例系数k，乘法器的输出端连接加法器的第二输入端，加法器的输出端分别连接第二比较器的正输入端和第一反相器的输入端，第一反相器的输出端连接第三比较器的正输入端，第二比较器的负相输入端和第三比较器的负相输入端分别接入三角载波信号ust，第二比较器的输出端分别连接第二反相器的输入端、或门的第一输入端和第四驱动电路的输入端，并由第四驱动电路输出第四功率开关管(S4)的驱动信号ugs4，第二反相器的输出端连接第二驱动电路的输入端，第二驱动电路输出第二功率开关管(S2)的驱动信号ugs2，第三比较器的输出端分别连接第三反相器的输入端、或门的第二输入端和第三驱动电路的输入端，第三驱动电路输出第三功率开关管(S3)的驱动信号ugs3，第三反相器的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路输出第一功率开关管(S1)的驱动信号ugs1，或门的输出端分别连接第一与门的第二输入端和第二与门的第二输入端，第一与门的输出端连接第六功率开关管的输入端，第六功率开关管输出第六功率开关管(S6)的驱动信号ugs6，第二与门的输出端连接第五驱动电路的输入端，第五驱动电路输出第五功率开关管(S5)的驱动信号ugs5。4.根据权利要求3所述控制电路，其特征在于：所述第一比较器的输出信号为高电平时，选通电路的输出端信号ugff等于第一输入端信号ugff1；所述第一比较器的输出信号为低电平时，选通电路的输出端信号ugff等于第二输入端信号ugff2。5.根据权利要求3所述控制电路，其特征在于：所述比例系数k的幅值与三角载波信号ust的幅值相等；所述直流偏置信号uBias大于零。6.一种准单级无...

【专利技术属性】
技术研发人员：张犁，高冉冉，陈磊，曲力涛，许多，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32