[發(fā)明專(zhuān)利]可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110277519.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113037120B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 茆美琴;程巍;宋振宇;張榴晨
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M7/5387
• 分類(lèi)號(hào): H02M7/5387;H02M1/14;H02M1/12;H02M1/42;H02M7/5395
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器，其特征是：

所述單相逆變器包括功率解耦電路(1)、bc兩相全橋逆變電路(2)和交流低通輸出濾波電路(3)；所述bc兩相全橋逆變電路(2)包括b相橋臂和c相橋臂，所述功率解耦電路(1)包括a相橋臂；

所述功率解耦電路(1)和bc兩相全橋逆變電路(2)級(jí)聯(lián)，直流輸入源V_in與所述功率解耦電路(1)相連接；所述bc兩相全橋逆變電路(2)的交流輸出端通過(guò)交流低通輸出濾波電路(3)與交流側(cè)v_o相連接；

所述功率解耦電路(1)是由上開(kāi)關(guān)管S₁和S₃、下開(kāi)關(guān)管S₂和S₄、反激電感L_d和功率解耦濾波電容C_d構(gòu)成，所述上開(kāi)關(guān)管S₁的源極以及下開(kāi)關(guān)管S₂的漏極與反激電感L_d的第一端相連接；所述反激電感L_d的第二端與功率解耦濾波電容C_d的第一端相連接；所述功率解耦濾波電容C_d的第二端與下開(kāi)關(guān)管S₂的源極相連接；所述上開(kāi)關(guān)管S₁和S₃的漏極與直流輸入源V_in的正極端相連接；所述功率解耦濾波電容C_d的第一端與直流輸入源V_in的負(fù)極端相連接；由所述上開(kāi)關(guān)管S₁和下開(kāi)關(guān)管S₂構(gòu)成a相橋臂；所述上開(kāi)關(guān)管S₃的源極與下開(kāi)關(guān)管S₄的源極相連接；所述下開(kāi)關(guān)管S₄的漏極與功率解耦濾波電容C_d的第一端相連接；

所述bc兩相全橋逆變電路(2)包括上開(kāi)關(guān)管S₅和S₆，以及下開(kāi)關(guān)管S₇和S₈；所述上開(kāi)關(guān)管S₅的源極以及下開(kāi)關(guān)管S₇的漏極與交流低通輸出濾波電路(3)的輸入端相連接；所述上開(kāi)關(guān)管S₅和S₆的漏極與所述上開(kāi)關(guān)管S₃的源極相連接；所述下開(kāi)關(guān)管S₇和S₈的源極與功率解耦濾波電容C_d的第二端相連接；由所述上開(kāi)關(guān)管S₅和下開(kāi)關(guān)管S₇構(gòu)成b相橋臂，由所述上開(kāi)關(guān)管S₆和下開(kāi)關(guān)管S₈構(gòu)成c相橋臂；

所述交流低通輸出濾波電路(3)由濾波電感L_f構(gòu)成；濾波電感L_f的第一端為交流低通輸出濾波電路(3)的輸入端，所述濾波電感L_f的第一端連接上開(kāi)關(guān)管S₅的源極；濾波電感L_f的第二端與交流輸出v_o的第一輸出端連接；交流輸出v_o的第一輸出端為P端，交流輸出v_o的第二輸出端連接下開(kāi)關(guān)管S₈的漏極，所述交流輸出v_o的第二輸出端為N端；

所述功率解耦濾波電容C_d為非電解電容；所述上開(kāi)關(guān)管S₁和S₃、下開(kāi)關(guān)管S₂和S₄、上開(kāi)關(guān)管S₅和S₆，以及下開(kāi)關(guān)管S₇和采用雙極性晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或絕緣柵雙極性晶體管；

所述可抑制二次紋波提高功率密度的單相逆變器的控制方法是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、已知交流側(cè)輸出電壓v_o和交流側(cè)輸出電流i_o如式(1)和式(2)：

v_o＝V_osin(ωt) (1)

i_o＝I_osin(ωt) (2)

其中：

V_o和I_o分別為交流側(cè)輸出電壓峰值和交流側(cè)輸出電流峰值；

ω為交流側(cè)輸出電壓角頻率ω＝100π(rad/s)；

功率解耦濾波電容電壓v_cd由式(3)所表征：

v_cd＝V_d+v_cac (3)

其中：

V_d為功率解耦濾波電容電壓v_cd的直流偏置電壓；

v_cac為功率解耦濾波電容電壓的交流分量；

步驟2、由式(4)計(jì)算獲得單位功率因數(shù)條件下，電網(wǎng)端輸出功率p_o為：

功率解耦濾波電容C_d所需功率p_cd由式(5)所表征：

其中：

i_cd為流經(jīng)功率解耦濾波電容C_d的電流；

步驟3、為了消除輸入側(cè)功率的二次諧波，根據(jù)能量守恒原則，功率解耦濾波電容C_d所需功率p_cd由式(6)表征：

聯(lián)立式(5)、式(6)，獲得功率解耦濾波電容電壓v_cd如式(7)：

步驟4、設(shè)置a相橋臂中的上開(kāi)關(guān)管S₁占空比d_c如式(8)：

因單相逆變器中各橋臂的上開(kāi)關(guān)管和下開(kāi)關(guān)管采用互補(bǔ)導(dǎo)通的工作模式，則a相橋臂中的下開(kāi)關(guān)管S₂的占空比為1-d_c；

步驟5、針對(duì)基于單極性SPWM調(diào)制方法的控制策略，當(dāng)交流輸出電壓v_o小于v_cd電壓時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行v_cd電壓輸入的單極性控制方法，即：上開(kāi)關(guān)管S₃關(guān)斷、下開(kāi)關(guān)管S₄導(dǎo)通，bc兩相全橋逆變電路開(kāi)關(guān)采用單極性SPWM調(diào)制的方法，設(shè)置下開(kāi)關(guān)管S₈的占空比d₁如式(9)，此時(shí)，下開(kāi)關(guān)管S₇的占空比為1-d₁；

當(dāng)交流輸出電壓v_o大于v_cd電壓時(shí)，對(duì)上開(kāi)關(guān)管S₃和下開(kāi)關(guān)管S₄進(jìn)行SPWM調(diào)制控制，bc兩相全橋逆變電路開(kāi)關(guān)器件僅工作在電網(wǎng)工頻頻率下，即：在正半周期中，上開(kāi)關(guān)管S₅和下開(kāi)關(guān)管S₈導(dǎo)通，上開(kāi)關(guān)管S₆和下開(kāi)關(guān)管S₇關(guān)斷；在負(fù)半周期中，上開(kāi)關(guān)管S₆和下開(kāi)關(guān)管S₇導(dǎo)通，上開(kāi)關(guān)管S₅和下開(kāi)關(guān)管S₈關(guān)斷；設(shè)置上開(kāi)關(guān)管S₃占空比d₂如式(10)：

此時(shí)，下開(kāi)關(guān)管S₄的占空比為1-d₂。