[發明專利]一種帶高頻整流控制的單級式光伏離網逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201710774294.7
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107453630B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 王春芳;趙永強;王銳
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發明屬于電學技術領域，涉及一種帶高頻整流控制的單級式離網逆變器及其控制方法，變壓器原邊用一個開關管實現太陽能光伏逆變，開關管同時實現零電壓開通和關斷，并且使隔離變壓器實現雙向勵磁，變壓器副邊的兩套高頻整流控制電路使變壓器副邊繞組輸出的不對稱電壓得到有效利用，通過控制高頻開關管的導通占空比實現MPPT；變壓器副邊的可控逆變開關管工頻交替導通；變壓器原邊并聯的諧振電容與變壓器原邊電感進行諧振使逆變器輸出/輸入間具有較高的電壓增益，并且能通過改變原邊開關管的開關頻率進行調整；其電路結構簡單，體積小，成本低，效率高，容易控制，可靠性高，應用廣泛。

技術領域：

本發明屬于電學技術領域，涉及一種離網逆變器及其控制方法，特別是一種針對輸入為太陽能電池板組件的帶高頻整流控制的單級式離網逆變器及其控制方法。

背景技術：

傳統的光伏離網微逆變器一般有以下三種結構形式：第一種為非隔離型兩級式結構，即前級用非隔離Boost電路升壓，后級用H橋逆變，其優點是電路相對簡單，缺點是微逆變器的輸出和電池板不隔離，會帶來安全隱患，且其效率較低。第二種為隔離型兩級式結構，即前級用隔離電壓或電流型半橋LLC電路升壓，后級用H橋逆變，其優點是微逆變器的輸出和電池板實現了電氣隔離，消除了安全隱患，且其前級電路可以通過諧振實現軟開關，前級電路效率相對高一點，其缺點是逆變器體積相對較大，成本較高，前級為電流型半橋LLC電路控制相對復雜，且需要兩個電感，增加了逆變器的體積；前級為電壓型半橋LLC電路控制相對復雜，橋臂上下兩個開關管容易直通而燒毀電路；第三種為隔離型單級式結構，目前變壓器原邊一般采用反激型、交錯反激型或交錯反激有源箝位型電路，變壓器副邊采用工頻逆變，即用一級電路既可實現電氣隔離又可逆變，省掉了后級H橋逆變電路，對于反激型或交錯反激型電路，其優點是電路結構簡單、容易控制，缺點是變壓器單向勵磁，磁芯容易飽和，功率難以做大，開關管不能實現軟開關，效率相對較低；對于交錯反激有源箝位型電路，有源箝位支路中的開關管和主開關管互補導通，通過諧振使兩個開關管都實現了零電壓軟開關，并且減小了開關管的耐壓，相對提高了效率，但是現有的變壓器單向勵磁，磁芯容易飽和，功率難以做大，增加了控制的復雜性。

綜合傳統光伏離網小型逆變器的三種結構形式，對于隔離或非隔離兩級式小型逆變器，其后級一般用H橋逆變，存在著橋臂上下兩個開關管容易直通而燒壞電路、控制難度高、可靠性低、效率低的缺點，再加上前后兩級級聯后致使逆變器的體積增大，可靠性降低，效率進一步降低，目前逐步被隔離型單級式結構所取代，但隔離型單級式結構共同存在著變壓器單向勵磁、控制復雜的問題。因此，設計一款電路結構簡單、體積小、成本低、效率高、容易控制、變壓器雙向勵磁的新型單級式光伏離網逆變器及其控制方法具有非常大的實用價值。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，設計提供一種帶高頻整流控制的單級式光伏離網逆變器及其控制方法，即隔離變壓器原邊只用一個開關管實現變壓器雙向勵磁，并且開關管既可以實現零電壓開通又可以實現零電壓關斷，開通和關斷期間均可向變壓器副邊傳輸能量，該開關管不用同時承擔最大功率點跟蹤(Maximum Power PointTracking，MPPT)控制的任務；變壓器副邊采用兩套高頻整流控制電路，在每套高頻整流控制電路中增加一個開關管、用來實現MPPT，通過控制讓其按工頻輸出、然后反向并聯，結合變壓器原邊高頻開關管的調制形成按正弦調制規律變化的脈沖序列，經濾波后變成工頻220V交流電。