[發明專利]整流式高頻鏈并網逆變器的輸出數字調制電路及控制系統

有效

• 申請號: 201310664249.8
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103618336A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 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: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/217;H02M7/537
• 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

本發明涉及一種整流式高頻鏈并網逆變器的輸出數字調制電路及控制系統，屬于電力電子變換器及其控制技術領域。

背景技術

化石能源的日益枯竭需要我們尋找合適的可替代能源，太陽能是一種取之不竭的綠色能源，光伏電池發電是利用太陽能的一種有效方法。而光伏電池輸出電壓受天氣變化影響較大，其波動范圍對有效利用太陽能電力造成了一定的困難。目前，通過并網逆變器將電能直接輸送到電網是一種較為普遍的方法。

如果采用非電氣隔離的電能變換裝置，由于光伏電池的對地電容作用，變換器為共模電流提供了低阻抗的流通路徑，造成并網電流中含有較大量的漏電流，使得并網電流質量不能滿足相關標準的要求。目前，為了克服并網漏電流的問題，有兩種方法，一個是改善非隔離型并網逆變器的電路結構，另一個是采用高頻隔離的高頻鏈并網逆變器。通過增加開關管來改善非隔離型并網逆變器的電路結構來降低共模電壓的大小，從而降低漏電流的大小，雖然該方法可以實現高效、高質量的并網，但是由于存在的安全問題和輸入、輸出側的電壓匹配問題，其應用還是受到一定的限制。高頻鏈逆變器實現了光伏電池和電網之間的電氣隔離，切斷了共模電流的流通路徑，高頻變壓器在體積和重量上增加有限，但是解決了輸入、輸出電壓相匹配的問題，因此，高頻鏈逆變器得到了廣泛的應用。

相比于采用反激電路、正激電路構成的高頻鏈并網逆變器而言，橋式電路為基本結構的高頻鏈逆變器可以處理更大的功率，因此應用也更加廣泛。

橋式高頻鏈并網逆變器主要有三種結構：一、帶高頻隔離的直/直變換器+橋式逆變器；二、高頻逆變器+高頻變壓器+周波變換器；三、高頻逆變器+高頻變壓器+同步整流器+橋式逆變器。

上述電路結構中，第一種控制方案將不穩定的光伏電池所發電壓經高頻隔離得到與輸出電壓相匹配的直流輸出電壓，再經橋式逆變器正弦脈寬調制得到正弦電壓。該方法優點是可以優化控制，光伏電池的最大功率點跟蹤可以由前級的高頻隔離的直/直變換器來實現，并網電流波形質量由后級的橋式逆變器來實現；但是該變換器也存在明顯的缺點，即前級高頻隔離直/直變換器需要質量、體積都較大的直流LC濾波器才能得到質量較好的直流電，并且，直流濾波電解電容的壽命也成為制約變換器壽命的一個決定因素；此外，該種控制方案中，所有開關管都工作在高頻狀態，比較難以實現軟開關。所有這些特性決定了該控制方案的成本較高，變換器體積、重量較大，變換效率也較低。

與第一種控制方案相比，第二種控制方案省去了直流電壓環節，采用周波變換器直接將高頻交流電變換為工頻交流電，由此也省去了體積、重量較大的直流LC濾波器，變換效率得到了提高；但是，周波變換器采用的是雙向開關，開關器件的數量并未減少，而且，所有開關管都必須工作在高頻工作，難以進一步提升效率。

第三種控制方案直接去除第一種方案中的直流LC濾波器，此外，為方便交流側能量回饋，將高頻隔離的直/直變換器中的二極管整流電路換成全控器件構成的同步整流電路。如果正弦調制在后級的逆變器中執行，該控制方案在同步整流器輸出端得到有缺口的高頻直流方波電壓，那么該缺口電壓會對逆變器輸出電壓波形的質量產生較大的影響，而且，同第二種控制方案一樣，所有開關器件都工作于高頻，效率難以提高。

因此，尋找合適的電路結構和相應的調制策略來改善高頻鏈逆變器的性能，提高效率來實現是非常有必要的，本方案由此產生。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題與不足，本發明提供一種整流式高頻鏈并網逆變器的輸出數字調制電路及控制系統，提高高頻鏈逆變器的變換效率，降低逆變器的散熱要求，保證高質量的輸出特性。

技術方案：一種整流式高頻鏈并網逆變器的輸出數字調制電路，包括輸入電壓U_in、正弦調制高頻鏈逆變器、高頻隔離變壓器、同步整流器、LCL濾波器。

正弦調制高頻鏈逆變器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。

同步整流器包括帶反并二極管的第五開關管、第六開關管、第七開關管和第八開關管，第五開關管的發射極與第七開關管的集電極連接，第六開關管的發射極與第八開關管的集電極連接，且第五開關管的集電極連接第六開關管的集電極，第七開關管的發射極連接第八開關管的發射極。