[发明专利]高频隔离DC/AC逆变器电路以及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器领域，尤其涉及一种高频隔离DC/AC逆变器电 路以及控制方法。

背景技术

随着环境和能源问题在全球范围内成为焦点，分布式发电的发展前景广 阔，其中DC/AC逆变技术在分布式发电领域的应用范围广泛。所谓DC/AC逆变 技术是实现直流电能到交流电能的转换，可以从蓄电池、太阳能电池等直流 电能变换得到质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。根据 DC/AC逆变器输出交流电能去向的不同，所有逆变电路又分为有源逆变和无源 逆变两种，前者以电网交流电源为负载，主要应用于光伏、储能或风力发电 并网逆变器等，将逆变输出的交流电能回送到电网，后者则以无源器件为负 载，应用场合包括交流电机传动、不间断电源(UPS)等。在一些场合通常要 求DC/AC逆变器为保证用电安全性，引入隔离变压器来实现直流输入侧与交流 输出侧的电气隔离。根据变压器工作频率的不同，隔离型DC/AC逆变器可以分 为：工频隔离型和高频隔离型。工频变压器具有体积大、重量重等缺点，同 时工频变压器的存在也给逆变器带来较大的损耗，增加了发电系统的成本和 运输、安装的难度。随着电力电子技术的发展，高频链逆变技术采用高频变 压器代替工频变压器进行隔离，显著提高了逆变器系统的功率密度，减小了 体积和重量。随着高频链技术和器件的发展，高频隔离型逆变器的效率也在 不断提高。

传统高频隔离型DC/AC逆变器主要有三种结构：一、典型高频隔离DC/DC 变换器加典型全桥DC/AC高频逆变器；二、高频隔离DC/DC变换器加全桥DC/AC 工频逆变器；三、全桥高频逆变桥加周波变换器。

第一种结构方案具体表现为：电路由全桥高频逆变桥、二极管整流桥、 直流支撑滤波电容、高频全桥逆变器、交流滤波电路等组成，在本质上可以 分为DC-HFAC高频逆变，HFAC-DC高频整流和DC-LFAC正弦调制三级变换，该结 构具有中间直流环节，由直流滤波电容将电路解耦为两部分，前半部分可以 采用典型DC/DC变换器及其控制，后半部分可以采用典型DC/AC逆变器及其控 制。由于有中间直流环节的存在，使控制上相对简单、独立、无耦合，但是 中间直流电容增加了系统损耗、体积、重量，缩短了系统寿命，降低系统运 行可靠性。同时电路中所有开关器件均工作在高频状态，开关损耗较大，降 低了系统效率。另外，电能的多级变换导致电路中开关器件数量多、损耗 大、变换效率较低。

第二种结构方案是在第一种结构方案基础上加以改进，具体表现为电路 由全桥高频逆变桥、二极管整流器、LC滤波器、工频全桥逆变器组成，与第 一种不同之处在于该结构将高频逆变和正弦调制功能集中由变压器前级高频 全桥逆变桥来实现，可以使后级DC-AC逆变器工作在工频状态，减小了开关损 耗，同时也省去了体积大、耐久性差的电解电容。但是该结构仍然存在中间 直流环节，电能也是三级变换，开关器件数目较多，系统效率没有明显提 高。

第三种方案在变压器副边采用周波变换器的结构形式，省去了中间直流 侧电解电容。该方案在本质上由前级实现DC-HFAC高频逆变，经高频变压器隔 离，后级实现HFAC-LFAC，直接将高频交流电(HFAC)变换为工频交流电 (LFAC)，系统变换效率相对提高。但也存在类似矩阵变换器的缺点，如副 边AC-AC变换控制复杂，变压器漏感出现断续，副边需要4个双向开关，开关 数量多、损耗大，效率很难进一步提高。

综上所述，在现有高频隔离型DC-AC逆变器中，由于带有中间直流环节， 导致电能变换级数多、电路拓扑复杂、开关管数量多、开关损耗大、系统效 率较低等问题，限制了高频隔离型DC-AC逆变器的应用范围。

发明内容

本发明的实施例提供了一种高频隔离DC/AC逆变器电路以及控制方法，电 路拓扑相对比较简单。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种高频隔离DC/AC逆变器电路，包括：

连接的前级的高频链逆变电路、高频隔离变压器T₁、后级的交错并联交流 变换电路、漏感Lk；

所述高频链逆变电路用于，将输入的直流电压U_d变换为高频电压脉冲；

所述高频隔离变压器用于，将所述高频电压脉冲传输到所述交错并联交 流变换电路；