[發明專利]外置并聯分時選擇開關電壓型單級多輸入高頻環節逆變器

有效

• 申請號: 201810020155.X
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108199599B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 陳道煉
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/5395;H02M3/335;H02M3/337;H02M1/12
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 張世功;于正河

1.一種外置并聯分時選擇開關電壓型單級多輸入高頻環節逆變器，其特征在于：這種逆變器是由一個多輸入單輸出高頻逆變電路將多個共地的輸入濾波器和一個共用的輸出高頻隔離變壓周波變換濾波電路連接構成，多輸入單輸出高頻逆變電路的每個輸入端與每個輸入濾波器的輸出端一一對應連接，多輸入單輸出高頻逆變電路的輸出端與所述輸出高頻隔離變壓周波變換濾波電路的高頻變壓器輸入端相連接，所述的多輸入單輸出高頻逆變電路由外置的多路并聯分時選擇四象限功率開關電路、雙向功率流單輸入單輸出高頻逆變電路依序級聯構成，在任意時刻相當于一個雙向功率流單輸入單輸出高頻逆變電路，所述外置的多路并聯分時選擇四象限功率開關電路的每一路僅由一個四象限功率開關構成且各路輸出端并接在一起，所述的輸出高頻隔離變壓周波變換濾波電路由高頻變壓器、全波式或橋式周波變換器、輸出濾波器依序級聯構成，所述的全波式或橋式周波變換器由二個或四個能承受雙向電壓應力和雙向電流應力的四象限高頻功率開關構成；所述逆變器的多輸入單輸出高頻逆變電路能將多路輸入直流電壓源U_i1、U_i2、…、U_in調制成幅值取決于輸入直流電壓的雙極性兩態多電平高頻電壓方波或雙極性三態多電平SPWM電壓波，經高頻變壓器隔離變壓和周波變換器解調成雙極性兩態或單極性三態多電平SPWM電壓波，再經輸出LC濾波器后在單相交流無源負載或單相交流電網上獲得正弦交流電壓或并網正弦電流,n為多輸入源的路數，n為大于1的自然數；多輸入逆變器電路拓撲為推挽全波式、推挽橋式、推挽正激全波式、推挽正激橋式、半橋全波式、半橋橋式、全橋全波式、全橋橋式電路，推挽全波式、推挽正激全波式、半橋全波式電路均由n+2個能承受雙向電壓應力、雙向電流應力的四象限高頻功率開關和2個能承受單向電壓應力、雙向電流應力的兩象限高頻功率開關構成，推挽橋式、推挽正激橋式、半橋橋式電路均由n+4個能承受雙向電壓應力、雙向電流應力的四象限高頻功率開關和2個能承受單向電壓應力、雙向電流應力的兩象限高頻功率開關構成，全橋全波式、全橋橋式電路分別由n+2、n+4個能承受雙向電壓應力、雙向電流應力的四象限高頻功率開關和4個能承受單向電壓應力、雙向電流應力的兩象限高頻功率開關構成；所述逆變器構成的獨立供電系統采用第1、2、…、n-1路輸入源輸出功率固定和第n路輸入源補充負載所需的不足功率的輸出電壓、輸入電流瞬時值反饋雙極性移相SPWM或單極性移相SPWM主從功率分配能量管理控制策略，所述逆變器構成的并網發電系統采用第1、2、…、n路輸入源輸入電流瞬時值反饋雙極性移相SPWM或單極性移相SPWM最大功率輸出能量管理控制策略；雙極性移相SPWM最大功率輸出能量管理控制策略是，將逆變器第1、2、…、n路輸入電流反饋信號I_i1f、I_i2f、…、I_inf分別與第1、2、…、n路輸入源經最大功率點計算后得到的基準電流信號I_i1r、I_i2r、…、I_inr經比例積分調節器比較放大，電流誤差放大信號I_1e、I_2e、…、I_(n-1)e與移位后的單極性鋸齒形載波-u_c+U_cm/2比較，并經組合邏輯電路后得到n輸入單輸出高頻逆變電路的并聯分時選擇功率開關的控制信號u_gss1、u_gss2、…、u_gssn，雙極性鋸齒形載波u_c經上升沿二分頻后得到n輸入單輸出高頻逆變電路功率開關的控制信號u_gs1、u_gs4及其反相信號u_gs2、u_gs3，電流誤差放大信號I_ne與正弦同步信號的乘積信號i_e分別雙極性鋸齒形載波u_c和-u_c比較，考慮輸出電感電流極性選擇信號并經組合邏輯電路后得到周波變換器功率開關的控制信號u_gs5、u_gs'5、u_gs6、u_gs'6、u_gs7、u_gs'7、u_gs8、u_gs'8，僅全橋逆變電路存在且與控制信號u_gs1相同的控制信號u_gs4、存在且與控制信號u_gs2相同的控制信號u_gs3，僅橋式周波變換器存在且分別與控制信號u_gs5、u_gs6、u_gs7、u_gs8相同的控制信號u_gs'5、u_gs'6、u_gs'7、u_gs'8；單極性移相SPWM最大功率輸出能量管理控制策略是，將逆變器第1、2、…、n路輸入電流反饋信號I_i1f、I_i2f、…、I_inf分別與第1、2、…、n路輸入源經最大功率點計算后得到的基準電流信號I_i1r、I_i2r、…、I_inr經比例積分調節器比較放大，電流誤差放大信號I_1e、I_2e、…、I_(n-1)e分別通過分時脈沖產生電路以及邏輯電路后得到n輸入單輸出高頻逆變電路的并聯分時選擇功率開關的控制信號u_gss1、u_gss2、…、u_gssn，電流誤差放大信號I_ne與正弦同步信號的乘積信號i_e及其反相信號-i_e分別與雙極性鋸齒形載波u_c比較，經下降沿二分頻和非門電路后得到n輸入單輸出高頻逆變電路的功率開關控制信號u_gs1、u_gs2、u_gs3、u_gs4，n輸入單輸出高頻逆變電路左橋臂和右橋臂的導通信號u_gs1、u_gs2相或得到信號u_sum，雙極性鋸齒形載波u_c經下升沿二分頻后得到周波變換器功率開關的控制信號u_gs5、u_gs'5、u_gs6、u_gs'6、u_gs7、u_gs'7、u_gs8、u_gs'8，分時脈沖產生電路中的I_e∑表示電流誤差放大信號I_1e、I_2e、…、I_(n-1)e的和，分時脈沖產生電路中的I_e∑m表示電流誤差放大信號I_1e、I_2e、…、I_(n-1)e的和的最大值，I^＊_e∑表示I_e∑/I_e∑m，V、k分別為u_sum的積分值和比例系數，0k1，第1、2、…、n路電流調節器分別獨立工作且用于實現各自輸入源的最大功率輸出，僅橋式周波變換器存在且分別與控制信號u_gs5、u_gs6、u_gs7、u_gs8相同的控制信號u_gs'5、u_gs'6、u_gs'7、u_gs'8；所述逆變器能將多個共地、不穩定的輸入直流電壓單級高頻隔離逆變成一個負載所需的輸出交流電，多個輸入源在一個高頻開關周期內均能夠向輸出交流負載供電，多個輸入源在一個高頻開關周期內分時向輸出交流負載供電。

2.根據權利要求1所述的外置并聯分時選擇開關電壓型單級多輸入高頻環節逆變器，其特征在于：所述外置并聯分時選擇開關電壓型單級多輸入高頻環節逆變器的輸出端并接一個儲能設備的單級隔離雙向充放電變換器，以構成一個能利用多輸入源能量的輸出電壓穩定的獨立供電系統；單級隔離雙向充放電變換器由輸入濾波器、高頻逆變器、高頻變壓器、周波變換器、輸出濾波器依序級聯構成，周波變換器由能承受雙向電壓應力和雙向電流應力的四象限高頻功率開關構成,單級隔離雙向充放電變換器在儲能設備放電和充電時分別等效于一個單級高頻環節DC-AC變換器和一個單級高頻環節AC-DC變換器；所述的獨立供電系統采用具有單級隔離雙向充放電變換器輸出電壓獨立控制環路的最大功率輸出能量管理控制策略，多個輸入源均工作在最大功率輸出方式，根據負載功率與多個輸入源最大功率之和的相對大小實時控制單級隔離雙向充放電變換器的功率流大小和方向，實現系統輸出電壓的穩定和儲能設備充放電的平滑無縫切換；負載功率大于多個輸入源的最大功率之和時系統工作在儲能設備通過單級隔離雙向充放電變換器向負載提供所需的不足功率的供電模式Ⅱ，儲能設備單獨向負載供電的供電模式Ⅲ屬于供電模式Ⅱ的極端情形，負載功率小于多個輸入源的最大功率之和時系統工作在多個輸入源輸出的剩余能量通過單級隔離雙向充放電變換器對儲能設備充電的供電模式Ⅰ；多輸入逆變器的輸出濾波電感電流與輸出電壓同頻同相輸出有功功率，按照輸出電壓與基準電壓的誤差放大信號與高頻載波交截生成SPWM信號進行控制的所述充放電變換器的輸出濾波電感電流與輸出電壓之間存在相位差θ，不同的相位差θ意味著輸出不同大小和方向的有功功率；負載功率等于多個輸入源的最大功率之和時θ＝90°、充放電變換器輸出的有功功率為零，負載功率大于多個輸入源的最大功率之和時輸出電壓減小、θ＜90°、充放電變換器輸出有功功率即儲能設備提供負載所需的不足功率，負載功率小于多個輸入源的最大功率之和時輸出電壓增大、θ＞90°、充放電變換器輸出負有功功率即多個輸入源輸出的剩余功率對儲能設備充電。