[發明專利]雙向功率流LCL型雙Buck并網逆變器及其控制方法

在審

• 申請號: 201710991050.4
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107707146A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 王為睿
• 申請（專利權）人: 王為睿
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊,薛金才

技術領域

本發明涉及已在一種雙向功率流LCL型雙Buck并網逆變器及其控制方法，適用于直流微網、V2G等應用場合，屬于電力電子變換器技術領域。

背景技術

近年來能源短缺、環境惡化等問題催生了新能源、可再生能源技術的蓬勃發展，雙向功率流逆變器是實現可再生能源發電系統與電網高效、可靠銜接的關鍵技術手段。因此，實現高效率、高功率密度、高可靠性以及雙向工作模式快速平滑切換設計是雙向逆變器發展的主要方向。傳統的雙向逆變器多采用橋式結構，存在橋臂直通隱患，有悖于高可靠性發展方向；增加死區時間在消除橋臂直通問題的同時又對輸出電壓引入了諧波，給輸出電能質量帶來影響，不利于濾波器體積的減小，且死區時間的占用限制了開關頻率的進一步提升，有悖于高頻高功率密度的發展方向；橋式結構續流電流路徑均流經開關管的體二極管，寄生二極管反向恢復時間長、導通壓降大，將造成極大的反向恢復損耗，有悖于高效率的發展方向。為了克服橋式結構存在的固有缺陷，雙Buck型逆變器于1995年提出，克服了橋式結構的缺點，不存在開關管串接現象，無橋臂直通問題，無需設置死區時間，且續流回路由二極管代替體二極管，開關管與二極管的優化設計得到解耦。但起初的雙Buck變換器是基于半橋結構，依然存在輸入電壓利用率低、需要輸入均壓大電容，輸出雙濾波電感利用率低、體積重量大，功率密度低等問題，且大多數研究僅限于逆變場合。為此，研究高輸入電壓利用率、低濾波器體積、可適用于雙向功率變換場合且可實現雙向工作模式之間平滑無縫切換的雙Buck型變換器對當今直流微網等技術的發展具有重要意義。帶LCL型濾波器的并網雙Buck類逆變器在有效濾除高頻電流諧波的同時可做到比傳統L型濾波器更低的體積，然而LCL濾波器作為三階系統，其欠阻尼工作時的諧振問題嚴重影響系統的穩定，因此研究一種既能做到抑制阻尼又確保逆變器的雙向工作模式可靠運行的控制方法亦十分重要。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種可實現能量雙向流動的LCL型雙Buck并網變換器及其控制方案，克服傳統橋式雙向并網變換器存在的橋臂直通問題以及傳統半橋型雙Buck的諸多不足。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種雙向功率流LCL型雙Buck并網逆變器，其特征在于：包括電網電壓u_g，直流側電壓U_d，直流側負載R_d，電感L₁、L₂、L_g，電容C_f、C_d，開關管S₁、S₂、S₃、S₄，二極管D₁、D₂、D₃、D₄；直流電壓U_d的一端分別與負載R_d的一端、電容C_d的一端、二極管D₁的陰極、二極管D₂的陰極、開關管S₃的漏極、開關管S₄的漏極連接；直流電壓U_d的另一端分別與負載R_d的另一端、電容C_d的另一端、開關管S₁的源極、開關管S₂的源極、二極管D₃的陽極、二極管D₄的陽極連接；所述二極管D₁的陽極分別與所述開關管S₁的漏極、電感L₁的一端連接；所述二極管D₂的陽極分別與所述開關管S₂的漏極、電感L₂的一端連接；所述電感L₁的另一端分別與開關管S₃的源極、所述二極管D₃的陰極、電容C_f的一端、電感L_g的一端連接；所述電感L₂的另一端與開關管S₄的源極、所述二極管D₄的陰極、所述電容C_f的另一端、電網電壓u_g的一端連接，所述電感L_g的另一端與電網電壓u_g的另一端連接；所述開關管S₁、S₂、S₃、S₄的柵極連接控制模塊輸出。