[發明專利]原邊單相橋-副邊三相橋高頻鏈逆變器及其數字控制系統和方法

有效

• 申請號: 201310217372.5
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103259434A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 吳云亞;闞加榮;顧春雷;姚志壘;薛迎成;胡國文;陳榮
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M5/293
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

技術領域

本發明涉及一種原邊單相橋-副邊三相橋高頻鏈逆變器及其數字控制系統和方法，屬于電力電子變換器及其控制領域。

背景技術

世界范圍內的化石能源危機加快了各國對新能源的開發速度，新能源應用的一個重要方面就是新能源發電及其控制技術。由諸如光伏電池、風電機組、燃料電池等裝置輸出的電能除可以供應本地負載以外，還可以經并網逆變器輸送至電網。目前，并網逆變器有多重電路結構：一、單級式非隔離型并網逆變器；二、單級式非隔離型逆變器+工頻變壓器；三、非隔離型直流變換器（DC/DC）+非隔離單級式逆變器+工頻變壓器；四、隔離型直流變換器（DC/DC）+非隔離單級式逆變器；五、高頻脈沖交流環節隔離型逆變器（高頻鏈逆變器）。

上述電路結構中，第一種電路結構最簡單，變換效率也最高，但是其缺點也非常明顯：①新能源所發出的電能作為逆變器的輸入電源，造成逆變器的輸入電壓波動范圍非常大，這就給逆變器的器件選擇以及控制造成了一定的困難；②單級式非隔離型并網逆變器需要承擔最大功率點跟蹤（MPPT）和并網電流質量的控制，對控制提出了較高的要求；③由于單級式非隔離型并網逆變器的變換器和電網之間沒有實現電氣隔離，因此系統存在較大的漏電流，并且并網電流中含有一定成分的直流分量；此外單級式非隔離型并網逆變器會造成一定的安全隱患。雖然目前有研究提出相關拓撲對漏電流能夠進行一定程度的抑制，但是不能完全消除。

上述電路結構中，第二種電路結構在第一種結構的基礎上增加了工頻變壓器，實現了變換器與電網之間的電氣隔離，但是由于工頻變壓器體積大、重量重，并且極大地增加了工程造價，因此其應用受到一定程度的限制。

上述電路結構中，第三種電路結構在第二種結構的基礎上增加了前級的非隔離型直流變換器，以實現MPPT，可進一步優化了控制設計，但是工頻變壓器的存在使得系統仍然具有第二種電路結構的缺點，而且增加的前級直流變換器使得效率較第二種電路變低。

上述電路結構中，第四種電路結構實現了變換器的高頻隔離，其實現電氣隔離的變壓器體積小、重量輕以及造價低，但是逆變器前級的隔離型直流變換器有兩級功率變換，加上逆變器，系統總共有三級功率變換，使得系統的總體效率偏低。

上述電路結構中，第五種電路結構實現了變換器的高頻隔離，在高頻變壓器原邊電路一般采用橋式逆變器，變壓器的副邊電路采用周波變換器，只采用兩級功率變換就可以實現輸入、輸出電氣隔離和逆變器的功能。相對于第四種電路而言，第五種電路變換效率要高，而且省去了中間直流輸出的濾波器。因此兩級式高頻鏈逆變器相對于前四種電路結構而言具有明顯的優勢。

現有的兩級式高頻鏈逆變器可以分為基于反激型（flyback）變換器的電路結構和基于正激型（forward）變換器的電路結構，基于反激型（flyback）高頻鏈逆變器將變壓器作為儲能元件使用，因此限制了它處理功率的大小，而基于正激型變換器的高頻鏈逆變器能夠處理較大的功率，符合新能源發電對變換器的功率需求。然而，目前兩級式高頻鏈逆變器中，變壓器副邊的周波變換器一般采用雙向開關，且都為高頻開關，且周波變換器中開關管的電壓尖峰較大，這限制了兩級式高頻鏈逆變器的應用。雖然已經有針對周波變換器的電路改進，但是電路結構非常復雜，整個兩級式高頻鏈逆變器需要16個開關管，這也在一定程度上限制了其應用。

因此，電路結構簡單、器件承擔電流應力分散、大功率的兩級式高頻鏈逆變器是新能源發電發展的動力所在，本方案由此產生。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種適合新能源發電的原邊單相橋-副邊三相橋高頻鏈逆變器及其數字控制系統和方法，將變壓器副邊電路三相橋的上管和下管分工頻正、負半周期單獨工作，可大大降器件的電流應力，降低了變換器的散熱要求；此外，還保留了兩級式高頻鏈逆變器體積小、重量輕和造價低的特點。

技術方案：一種原邊單相橋-副邊三相橋高頻鏈逆變器，包括輸入電壓U_in，單相橋式電路，其中單相橋式電路包括帶反并二極管的第一開關管、第二開關管、第三開關管和第四開關管，第一開關管的源極與第三開關管的漏極連接，第二開關管的源極與第四開關管的漏極連接，且第一開關管的漏極連接第二開關管的漏極，第三開關管的源極連接第四開關管的源極；輸入電源的正極連接在第一開關管的漏極與第二開關管的漏極之間；輸入電源的負極連接在第三開關管的源極與第四開關管的源極之間；原邊單相橋-副邊三相橋高頻鏈逆變器還包括高頻隔離變壓器、三相橋式電路和LC濾波器；