[發明專利]一種六開關的微逆變器交流側功率耦合電路

有效

• 申請號: 201811245850.2
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109450239B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 章勇高;王增強;高彥麗;孔令韜;王小襯
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: H02M1/34
• 分類號: H02M1/34
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種六開關的微逆變器交流側功率耦合電路，由六個開關管（T1?T6）、六個二極管（D1?D6）、兩個耦合電容（Cd1、Cd2）、和一個電感（L）構成。根據逆變器輸出電壓極性以及耦合電路吸收/釋放能量，功率耦合電路可分為四種工作模式，分別是工作模式1：逆變器輸出電壓為正，耦合電路吸收能量；工作模式2：逆變器輸出電壓為正，耦合電路釋放能量；工作模式3：逆變器輸出電壓為負，耦合電路吸收能量；工作模式4：逆變器輸出電壓為負，耦合電路釋放能量。本發明將功率解耦電路并聯在逆變器的交流輸出側，逆變器的電路結構簡單，解耦電路和逆變電路可獨立控制；采用本發明提出的功率耦合電路實現功率平衡，可實現無電解電容，延長逆變器的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種六開關的微逆變器交流側功率耦合電路，屬微逆變器技術領域。

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。故傳統微逆變器均采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耦合電路代替傳統的電解電容器實現能量緩沖功能。按照功率耦合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。

直流輸入側功率耦合技術通常適用于單級并網微逆變器。日本東京都立大學的Shimizu教授等提出了帶功率耦合電路的反激光伏并網逆變器，當逆變器輸入功率大于輸出功率時，解耦電容通過變壓器原邊勵磁電感充電，當逆變器輸入功率小于輸出功率時，解耦電容放電給勵磁電感補充能量。美國華盛頓大學的B.J.Pierquet教授等提出一種將功率耦合電路串聯在光伏整列和微逆變器之間，構成兩級微逆變器結構，如此便于單獨控制能量存儲電壓和波動，避免使用電解電容器，而且保持了微逆變器的無功傳輸功能。然而，雖然單級微逆變器只有一級結構，但系統的MPPT、孤島檢測以及功率耦合控制較為復雜，系統的升壓比低，光伏直流輸出電壓高，且耦合電容值仍然較大。

在多級微逆變器中，由于中間直流側電壓含有較高電壓，故通常采用 DC-link中間側型的功率耦合技術，此時為了降低耦合電容值，允許直流側電壓波動較大。英國劍橋大學的G.A.J.Amaratunga等提出了一種由移相全橋電路、 Buck電路及全橋逆變器構成的三級結構微型光伏并網逆變器。其中移相全橋電路實現升壓和MPPT功能，Buck電路產生正弦半波電流，最后一級電路產生正弦注入電流。該拓撲結構通過同步控制直流母線前后不同的電路，以保證能量守恒和穩定的母線電壓，從而實現輸入功率和輸出功率的平衡。

而交流側耦合技術是將耦合電容并接在交流側，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等提出一種雙向交交變頻式微逆變器拓撲，由六個雙向開關組成的三相電流源型變流器實現交流側并網連接，其中兩相與電網連接，另外一相通過耦合電容與電網連接，實現功率的雙向流動和能量緩沖，可大大減少耦合電容。