[发明专利]基于高频交流降压理论的微型逆变器及其数字控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高频交流降压理论的微型并网逆变器及其数字控制装

置，属于电力电子变换器及其控制技术领域。

背景技术

近年多发大范围的雾霾，这使得政府重新审视现有的能源政策。一系列扶持新能源发展的法律法规和政策相继出台，鼓励单位与个人使用清洁的可再生能源，风电和光伏发电由于各自的特点从众多的新能源发电方式中脱颖而出。近年来，光伏电池单位功率的价格持续走低，再加上安装方便，易于维护，特别是电网公司收购个人多余光伏电能政策出台以来，住宅光伏并网发电得到了较快发展，预计在今后的几年时间里保持较快增速。

目前，住宅光伏并网发电有两种实现方式，集中并网式和分散并网式。其中，集中并网式将光伏电池模块串联或并联得到与电网匹配的电压，单台逆变器向电网输送能量，最大的优点是并网逆变器的相对成本较低，变换效率较高，但是当由云块、树荫或者其它建筑物造成部分光伏电池阴影时，整个串并联的光伏电池模块组的最大输出功率会受到极大影响，因此近来有较多的文献研究分散并网实现方式。由于分散并网用单块光伏电池供电，功率一般在200-300W，因此对应的并网逆变器被称为微逆变器，即使出现局部阴影，对未被阴影遮挡的光伏电池正常输出各自的最大功率，因此光伏电池的利用率得到了较大提高。此外，微逆变器还有易于设计和安装、安全性高等一系列优点。

在光伏电池输出电压在45V以下时，如果逆变器不借助于变压器，其能量变换效率难以提高；为了解决输入、输出侧的接地问题以及共模漏电流的问题，逆变器中一般都接入变压器参与能量变换，有工频变压器和高频变压器两种形式，由于工频变压器的体积和重量较大，因此难以应用在微逆变器中。目前，交错反激式电路是微逆变器的主要实现形式，虽然其电路结构简单，但是电路中的双变压器的结构、变压器漏感引起的开关管电压尖峰、变压器铁芯局部磁化等问题，使得电路的效率难以进一步提高。

常见的高频链逆变器主要电路拓扑有：①具有高频电气隔离的DC/DC变换器+SPWM逆变器；②高频逆变器+高频变压器+周波变换器；③高频逆变器+高频变压器+同步整流器+SPWM逆变器；④高频逆变器+能量缓冲单元+高频变压器+整流器+逆变器。第一、第二和第三种电路中变压器副边整流开关管承受了由变压器漏感谐振引起的电压尖峰，而耐压较高的器件导通时产生的损耗大，因此前三种电路不适合对效率要求极高的微逆变器。第四种电路中，变压器前级与后级电路都有电容钳位电压，不存在谐振电压尖峰问题；而整流器输出直流有两种方式，即恒定直流和正弦半波脉动直流，由于正弦脉动直流对应后级逆变器工频工作，因此该方案更适合小功率逆变器。目前一些研究方案分别提出了采用LCL导抗网络、LC串联谐振与LCC串并谐振单元作为从输入向输出侧的能量缓冲单元，但是这些电路的采用的无源器件较多，本身就有损耗，造成效率难以有较大提升。因此选取简单、配合控制策略实现器件软开关的能量缓冲单元就成为进一步提高逆变器效率的关键。

因此，寻找适合微逆变器的电路结构及其相应的控制策略，以保证高效、可靠的电能变换是非常有必要的，本方案由此产生。

发明内容

发明目的：针对现有的微逆变器拓扑技术和控制技术的不足，本发明采用最简单的电感作为能量缓冲单元，依据高频交流降压理论实现从输入到输出的能量变换；针对采用单个电感作为能量缓冲单元时调制信号非线性变化这一情况，采用调制比预计算与闭环微调相结合的控制策略，可有效提高并网电流的质量；将能量缓冲电感电流设计在断续工作模式，可实现器件的零电流开关，有效提升了逆变器的变换效率。

技术方案：一种基于高频交流降压理论的微型逆变器，其特征在于：包括输入电源U_in、正弦调制高频逆变器、能量缓冲电感、高频变压器、不控桥式整流器、π型滤波器和工频开关逆变器。

正弦调制高频逆变器包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正极连接在第一开关管的漏极与第二开关管的漏极之间；输入电源的负极连接在第三开关管的源极与第四开关管的源极之间；

不控桥式整流器包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，第一二极管的阳极与第三二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第四二极管的阴极连接，且第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，第三二极管的阳极连接第四二极管的阳极；