[發明專利]一種四開關交流側功率解耦電路及解耦控制方法

在審

• 申請號: 201710644929.1
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107508479A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 章勇高;熊健;高彥麗
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M1/12;H02J3/38
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 李振瑞

技術領域

本發明涉及電工技術領域，特別是涉及一種四開關交流側功率解耦電路及解耦控制方法，能夠減小解耦電容值，實現長壽命的無電解電容微逆變器技術。

背景技術

微逆變器因其多發電量、易擴展、低成本、熱插拔和模塊化設計的優點，逐漸成為未來分布式光伏逆變器的趨勢。然而，在分布式發電系統中，光伏組件由于MPPT控制產生恒定的輸入功率，而傳輸到電網的功率卻含有兩倍工頻的功率脈動，兩者的瞬時值不一致。故傳統微逆變器均使用電解電容器實現逆變器的瞬時輸入輸出功率的平衡。如此，相對5-10萬小時壽命的半導體器件和無源元件來說，電解電容器壽命小于1萬小時，成為限制微逆變器穩定性和使用壽命的關鍵。因此，研究無電解電容的微逆變器技術成為提高微逆變器性能和使用壽命的優選技術方案，也是眾多學者的重要研究方向之一。

所謂無電解電容微逆變器技術，即采用由功率開關和無源器件組成的電力電子功率解耦電路代替傳統的電解電容器實現能量緩沖功能。按照功率解耦電路接入點的不同大致分為直流輸入側型、DC-link中間側型、交流輸出側型和三端口解耦型四種類型。

交流側解耦技術是將解耦電容并接在交流側，由于其電壓較大且為交流電壓，故解耦電容可以有效減少。美國亞利桑那州立大學的B.S.Wang等提出一種應用于單相逆變器的雙向交交變頻式微逆變器拓撲，由六個雙向開關組成的 三橋臂電流源型變流器實現交流側并網連接，其中兩個橋臂與電網連接，另外一橋臂通過解耦電容與電網連接，實現功率的雙向流動和能量緩沖，可極大的減少解耦電容。國內學者提出了一種三橋臂電壓源型微逆變器，結構與之類似，但同樣需要六個雙向開關。

發明內容

本發明實施例提供了一種四開關交流側功率解耦電路及解耦控制方法，可以解決現有技術中存在的問題。

一種四開關交流側功率解耦電路，所述功率解耦電路連接在逆變器的交流輸出側，包括電容C_d1和C_d2、電感L_d、四個開關管T₁、T₂、T₃和T₄以及四個二極管D₁、D₂、D₃和D₄，電容C_d1的負極連接至開關管T₄的源極，同時也連接至逆變器的一個輸出端，開關管T₄的漏極連接至電感L_d的一端，同時也連接至開關管T₃的源極，開關管T₃的漏極連接至電容C_d1的正極，二極管D₄、D₃分別和開關管T₄、T₃并聯，其中二極管D₄的正極連接開關管T₄的源極，二極管D₃的正極連接開關管T₃的源極；

電感L_d的另一端連接至開關管T₁的漏極以及T₂的源極，開關管T₂的漏極連接至電容C_d2的正極，電容C_d2的負極連接至開關管T₁的源極以及逆變器的另一個輸出端，二極管D₂、D₁分別和開關管T₂、T₁并聯，其中二極管D₂的正極連接開關管T₂的源極，二極管D₁的正極連接開關管T₁的源極，上述開關管T₁、T₂、T₃和T₄的柵極分別連接至一個控制信號源。

本發明還提供了一種權利要求1中功率解耦電路的控制方法，解耦電容電壓U_d1，U_d2，經公式(1)、(2)、(3)和(4)計算得到PEM控制信號的占空比，結合電網電壓極性的時序，經公式(5)得到四個開關管的邏輯控制信號，使用這四個控制信號分別控制四個開關管的開關狀態，公式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)分別為：