[發明專利]低附加電壓零電壓開關儲能橋式逆變器及調制方法

有效

• 申請號: 201210428432.3
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102983767A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 李睿;梁星;王藝翰;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種電池儲能逆變器，尤其是一種能量雙向流動低附加電壓應力零電壓開關電池儲能橋式逆變器電路拓撲和調制方法。

背景技術

同時具有并網發電運行功能和帶負載獨立運行功能的單相電池儲能逆變器，其電路如圖1所示，它包括由四個有反并聯二極管的全控主開關(S₁～S₄)構成的單相橋臂，接在橋臂中點與交流電網或交流負載之間的輸出濾波電感(L)。這種單相電池儲能逆變器能夠實現并網發電功能，也可以帶負載獨立運行，但電路工作在硬開關狀態，存在著二極管的反向恢復問題，器件開關損耗大，限制了工作頻率的提高，降低了電路效率并且存在較大的電磁干擾。

經檢索，公開號為101667793A的中國專利申請，該發明提供了一種并網逆變器,包括直流電源、與直流電源連接的存儲模塊、與存儲模塊連接的逆變模塊,以及分別與逆變模塊和電網連接的輸出模塊,以及分別與逆變模塊和輸出模塊連接的續流回路。在該發明中,在傳統單相全橋并網逆變器的基礎上,通過引入續流回路同時配合相應的調制方式,從而有效解決了傳統單相全橋并網逆變器在采用雙極性調制和采用單極性調制時所存在的問題,從而提高了逆變器的轉換效率和電磁兼容性能。

公開號為102163934A的中國專利申請，該發明涉及一種并網逆變器,其包括:四個逆變晶體管、兩個續流晶體管、兩個二極管和兩個濾波電感;工作時,微控制器使第一續流晶體管導通半個工頻周期,同時使第一、第四逆變晶體管和第二續流晶體管截止,并使第二、第三逆變晶體管在所述高頻觸發信號的同步觸發下作高頻同步切換,以使第一、第二濾波電感的外側端輸出交流電源之正半周;然后所述微控制器使第二續流晶體管導通半個工頻周期,同時使第二、第三逆變晶體管和第一續流晶體管截止,第一、第四逆變晶體管在所述高頻觸發信號的同步觸發下作高頻同步切換,以使第一、第二濾波電感的外側端輸出交流電源之負半周,如此反復。

與公開號為101667793A和102163934A的中國專利申請相比，首先：本發明提出的拓撲結構及相應的控制策略不僅使電路可以工作在單位功率因數逆變工況下，還可以工作在整流工況，實現變流器的四象限運行；其次，專利101667793A和102163934A中提出的控制策略主要目的在于減小單極性調制下單相逆變器的電磁兼容問題，而本發明是通過增加一個輔助管，實現所有開關的零電壓開通，有效抑制二極管反向恢復，既可以提高逆變器效率，也可以提高電磁兼容性。這樣就算逆變器采用雙極性調制，效率也會比一般的逆變器高，同時可以有效解決電磁兼容問題。最后，本發明提出的橋式逆變器不僅能工作在并網狀態，也能工作在帶交流負載獨立逆變狀態。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種可以抑制二極管的反向恢復電流，減小開關損耗，提高電路效率，減少電磁干擾并實現開關管零電壓開通的低附加電壓零電壓開關電池儲能逆變器及其調制方法。

根據本發明的一個方面，提供一種低附加電壓零電壓開關儲能橋式逆變器，包括直流側蓄電池，與直流側蓄電池并聯的直流電容，由四個有反并聯二極管的全控主開關S₁～S₄構成的單相橋臂，以及接在橋臂中點與交流電網或者帶交流負載之間的輸出濾波電感L，其中：單相橋臂的四個主開關S₁～S₄兩端各自并聯一個電容C_r1～C_r4，在直流側蓄電池和單相橋臂的直流母線之間接入具有反并聯二極管的輔助開關S₅與箝位電容C_c的串聯支路，并在該串聯支路兩端跨接諧振電感Lr，輔助開關S₅兩端并聯電容C_r5。

根據本發明的一個方面，提供一種低附加電壓零電壓開關儲能橋式逆變器的調制方法，其中：主開關采用單極性正弦脈寬調制方法，輔助開關調制信號與主開關調制信號同步。輔助開關在主開關從二極管換流到全控開關之前關斷，為主開關創造零電壓開通條件。當逆變器處于電池放電狀態時，在輔助開關關斷的短暫時間內，主開關橋臂上下兩開關直通給諧振電感提供續流通路，使諧振電感存儲能量足以實現逆變器軟開關。當逆變器并網運行時，逆變器零電壓開關在并網電流全功率因數角范圍內均可以實現，滿足電池儲能逆變器能量雙向流動要求，當逆變器帶負載獨立運行時，逆變器零電壓開關在負載電流全功率因數角范圍內均可以實現，滿足電池儲能逆變器能量雙向流動要求。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：