[发明专利]用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能变换装置中的逆变器，尤其涉及一种可以实现单级升压逆变的逆变器。

背景技术

户外非并网光伏发电的应用和需求日益广泛，例如近来国家提出的“思源工程”中“农村沼气系统”、“光伏虫害预警或灭虫系统”等项目均需要用到非并网光伏发电系统。目前光伏系统的价格仍较为昂贵，如何降低其成本，在保证性能的前提下，为贫困地区提供物美价廉的户外非并网光伏发电系统，是本领域技术人员亟待解决的问题。目前光伏系统逆变电源普遍采用两级式结构。这是因为市电系统输出为220VAC，则直流侧母线电压至少要达到315VDC，而光伏阵列输出电压典型值远低于315VDC，因而必须在逆变器前增加一级DC/DC直直变换器，将输入电压升压到要求的直流侧母线电压。相对单级结构，DC/DC直直变换器＋DC/AC逆变器的两级式结构增加了系统复杂性、增大了整机体积重量、降低了整体的功率变换效率、使得系统开销大为增加。因而需要得到一种能够实现升压逆变并且性能优异的单级逆变器。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，其单级结构即实现了升压逆变输出。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括包括输入侧电路和反激变压器和输出侧电路，输出侧电路的输出端o₁、o₂与外界负载相连接，输入侧电路中，光伏阵列E的阳极和第一电容C₁的阳极相连，同时和反激变压器原边绕组的一端p₁相连，光伏阵列E的阴极和第一电容C₁的阴极相连，同时和第一功率开关S₁的阴极相连，第一功率开关S₁的阳极和反激变压器原边绕组的另一端p₂相连；反激变压器第一套副边绕组的一侧n₁和输出侧电路中的第二开关管S₂的阴极相连，反激变压器第一套副边绕组的另一侧n₂和输出侧电路中的第三开关管S₃的阴极相连，反激变压器第二套副边绕组的一侧n₃和输出侧电路中的第四开关管S₄的阳极相连，反激变压器第二套副边绕组的另一侧n₄和输出侧电路中的第五开关管S₅的阳极相连；输出侧电路中，第二功率开关管S₂的阳极和第五功率开关管的S₅的阴极连接于输出端o₂，第三功率开关管S₃的阳极和第四功率开关管的S₄的阴极连接于另一输出端o₁，第二电容C₂的一侧连接于输出端o₁，另一端连接于另一输出端o₂。

本发明采用的反激式单级逆变器的输入侧包含了光伏阵列产生输入电压，第一电容采用蓄电池进行滤波和储能；其输出侧接负载电路即用户电器设备；其包含的反激变压器工作于PWM调制方式，实现了高频电气隔离，整个电路中不再需要电感，变压器副边绕组匝数高于原边绕组匝数，将输入侧光伏阵列发出的电压（12～48VDC可选）转变为逆变所需的320～360VDC。反激式单级逆变器使用了五只功率开关管，其中仅第一功率开关工作于PWM高频调制状态，通过调节第一功率开关的占空比即可控制输出电压的波形和大小满足要求，控制简单易实现；第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管和第五功率开关管均工作于工频开关方式，在整个工频输出周期中均只开关一次，分别工作于以输出电压、电流为坐标的四个象限中一个象限，这种工作方式降低了开关损耗，控制简单易实现。

有益效果：本发明是一种用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，具有如下优点：（1）单级结构即实现了升压逆变输出，整机大小、体积重量和成本可大为降低；（2）实现了高频电气隔离；（3）整个电路除高频反激变压器外无需其它磁件，整个电路使用功率器件较少，结构简单，开销小；（4）控制方案较为简单，易于实现；（5）副边四个开关管无需采用高频开关管，原边开关管的电压应力低，即为光伏阵列输出电压，功率器件选型方便，无需采用昂贵器件。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图；

图2中（a）-（e）是本发明的用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器各开关模态示意图；

图3是本发明的用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器采用的控制框图；