[發明專利]對高頻隔離DC/AC逆變器電路的控制方法和電路

在審

• 申請號: 201610115789.4
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105703652A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 梁暉;羅浩;陳彪
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M3/335;H02M5/293
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及電力技術和控制技術領域，尤其涉及一種對高頻隔離DC/AC逆 變器電路的控制方法和電路。

背景技術

隨著環境和能源問題在全球范圍內成為焦點，光伏發電已成為發展前景 最為廣闊的發電技術之一，相比于化石能源、風能、核能、生物質能的發電 技術，光伏發電在實際應用中有以下優勢：無污染、可再生、普遍性、機動 靈活、分布式電力系統、維護管理費用少等等。光伏并網逆變器是光伏發電 系統中能量的轉換和控制核心，根據電氣隔離形式分為:非電氣隔離型和隔離 型。由于非電氣隔離型光伏逆變器電路中存在共模電流，在增加系統損耗的 同時，還會影響逆變器的正常工作,并向電網注入大量諧波，帶來安全問題。

為解決共模電流的問題，常用的有兩種方法。一種是在非隔離型逆變器 的電路結構上進行改進，另一種是采用隔離型逆變器。前者通過增加輔助開 關管改進非隔離型逆變器的電路結構，降低共模電壓的大小，從而降低共模 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。

出于以上考慮，越來越多的應用場合要求光伏逆變器實現電氣隔離。隔 離型光伏逆變器中引入變壓器，來實現光伏電池與電網的電氣隔離。隔離型 光伏逆變器有效地提高了光伏側的電氣安全性，消除了光伏并網系統中的共 模電流問題。根據變壓器的不同工作頻率，隔離型光伏逆變器可以分為：工 頻隔離型和高頻隔離型。然而，工頻變壓器具有重量重，體積大等缺點；另 外，工頻變壓器也給逆變器產生了較大的損耗，增加了發電系統的成本和運 輸、安裝的難度。隨著技術的發展，高頻鏈逆變技術采用高頻變壓器替代工 頻變壓器進行隔離，顯著提高了逆變器系統的功率密度，減小了體積和重 量。隨著高頻鏈技術和器件發展，高頻隔離型逆變器的效率也在不斷提高。

在高頻隔離型光伏并網逆變器中，目前常用的控制策略主要有三種。第 一種控制策略為：前級高頻逆變器采用PWM調制，將輸入直流電壓變換為高 頻等脈寬的交流脈沖電壓，經高頻變壓器隔離以及高頻整流和電容濾波后， 產生穩定的直流電壓，再由后級并網逆變器經高頻SPWM控制產生工頻交流電 壓實現并網。該控制策略前后兩級逆變器獨立控制，結構相對簡單，但也導 致電路中所有開關管均工作在高頻狀態，開關損耗較大，不適合對效率要求 較高的應用場合。

第二種控制策略為前級采用調制SPWPM控制方式，后級采用帶有中間直 流環節的高頻整流和工頻逆變形式。具體表現為：前級高頻逆變器在實現高 頻逆變的同時完成正弦調制功能，將直流電壓直接變換為高頻調制SPWPM電 壓脈沖，經高頻變壓器隔離傳輸到后級整流環節，經高頻整流及電容濾波 后，將高頻調制SPWPM電壓脈沖翻轉為并網正弦半波，后級逆變器采用過零 點切換的工頻開關形式，產生并網所需交流電壓。這種控制方法經過直流 (DC)-高頻交流(HFAC)-直流(DC)-工頻交流(LFAC)，由于后級存在中間直流環 節，開關管數量多，開關損耗大。同時后級逆變器開關管工作在工頻模式， 能有效減小開關損耗，但是工頻切換存在交流電流過零點畸變問題。

第三種控制策略前級采用調制SPWPM控制方式，后級采用高頻工作模 式。具體表現為：前級高頻逆變器在實現高頻逆變的同時完成正弦調制功 能，將直流電壓直接變換為高頻調制SPWPM電壓脈沖，經高頻變壓器隔離后 傳輸到后級，之后采用周波變換器將高頻交流直接變換成低頻交流電壓，實 現并網控制。該控制方法只經過DC-HFAC-LFAC兩級變換，有助于提高系統 效率。后級開關管工作在高頻模式，并且采用雙向開關，在并網電流過零點 能平滑切換，可以實現功率雙向流動，但是存在漏感電流斷續、開關管耐壓 高、開關損耗大等問題。

綜上所述，在現有高頻隔離光伏并網逆變器控制策略中，存在變換級數 多、開關管數量較多、開關損耗大、系統效率較低，以及電流過零點畸變、 并網電流諧波較大等問題，限制了高頻隔離型并網逆變器在光伏發電領域中 的應用范圍。

發明內容

本發明的實施例提供了一種對高頻隔離DC/AC逆變器電路的控制方法和 電路，能有效減小開關損耗、提高系統效率。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

一種對高頻隔離DC/AC逆變器電路的控制方法，包括：