[发明专利]电压电流混源型并网逆变器拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统的并网逆变器，具体涉及一种电压电流混源型并网逆变器拓扑。

背景技术

如图1和图2所示，为单级单一变压的并网逆变器拓扑中两种传统典型电压源型和电流源型并网逆变器拓扑。

传统电压源逆变器是一种降压型变流器，它的输出交流电压的峰值必须小于输入直流电压。传统电流源逆变器是一种升压型变流器，它的输出交流电压的峰值必须大于输入直流电压。在可再生能源并网发电过程中，等效直流电源的电压可能在大范围变化;比如同一光伏电池组，在不同温度情况下，直流电压可能在300V-700V变化。在这种条件下，传统电压源或电流逆变器作为220V/380V的低压功率变换接口，往往需要额外一级DC/DC变换电路来实现电压调整。在经典并网逆变器拓扑基础上， 针对应用对象需求，可演化出多种相应电压源或电流源逆变器拓扑。

因为传统电流源逆变器需要稳定的直流电流来方便调制，所以其直流滤波电感L_D远大于电压源逆变器的直接输出电感L₁，造成较大的功率和成本损失，这是电流源逆变器应用受限的主要约束条件之一。

如图3和图4所示，在单级式可升降压的并网逆变器拓扑的两种典型拓扑：Z源逆变器（Z-source逆变器）和自然软开关逆变器拓扑。

为了克服传统电压源和电流源逆变器变压限制的缺点，F. Z. Peng教授提出了著名的Z-source 逆变器，如图3所示。它能通过一级电路实现升降压变换，减少功率器件数量; 但国内和国外都有著名课题组在对比试验中发现Z-source 逆变器比Boost（升压） DC/DC变换电路+两电平桥式逆变器的拓扑组合效率低。图4为自然软开关逆变器拓扑。它与传统两级式硬开关逆变器相比，原有的Boost DC/DC变换电路的控制开关被移至平波电容支路，成为辅助开关；Boost开关的升压功能也让位于主逆变桥。在正常矢量工作时刻，辅助开关打开，整个变换器是一个电压源逆变器; 而在换流或升压时刻，辅助开关关断，整个变换器成为电压可嵌位的电流源型逆变器。

Z-source 逆变器改变了等效输入电源的性质，使其既具备有电压源又具有电流源特性; 自然软开关逆变器在不同工作需求阶段，其输入电源呈现出电压源或电流源特性。目前，其他单级可升降压逆变电路的原理和与这两类电路类似。但是，这类都有一个共同缺点:相对于传统电压源型并网逆变器，功率回路中额外串接了一个、两个甚至多个平波电感，将造成额外的功率损失。

如图5并结合图6和图7所示，现有技术中在两级式可升降压的并网逆变器拓扑方面。逆变器在直流输入电压比交流电压的绝对值高时，Boost电路不工作，输出桥高频斩波，此时电路等效为电压源逆变器。在直流输入电压比交流电压的绝对值低时，仅仅Boost电路高频工作，此时电路可等效为电流源逆变器。逆变器因任何时刻只有一级电路工作在高频状态，因而有最小的开关损耗。但在Boost电路高频工作期间，输出滤波器等效为CL-CL滤波器; 虽然加强了滤波效果，但也因此增大了损耗，同时加大了控制难度。图5中所示的拓扑，因输出逆变器要高频斩波，所以不可能采用普通MOSFET器件来降低导通损耗。

由于上述图5中逆变器拓扑的缺点，如图8并结合图9和图10所示，提出了三级式可升降压的并网逆变器拓扑，但是，它与传统分时复合逆变器类似，在Boost电路高频工作期间，等效输出滤波器是CL-CL滤波器，也会因“过滤波”而损失了部分效率。

由以上分析可知道,在直流输入电压大范围变化的220V/380V低压并网逆变器应用场合，提高效率的三条有效途径为：1、尽量降低开关损耗；2、以金属-氧化层-半导体-场效晶体管（金氧半场效晶体管，MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）器件取代IGBT器件以降低导通损耗；3、让功率回路的电感量最小化。

发明内容

本发明提供一种电压电流混源型并网逆变器拓扑，具有电感压降小、导通损耗小、开关损耗小、高频下高效率的特点。

为实现上述目的，本发明了提供一种电压电流混源型并网逆变器拓扑，其特点是，该并网逆变器拓扑包含：环路连接的第一直流电压源、第一场效应管、第一电感、第三二极管、第三场效应管、第六场效应管、第四二极管、第二电感、第四场效应管和第二直流电压源；

上述第三二极管电流输出端连接至第三场效应管，第四二极管电流输入端连接至第六场效应管；