[发明专利]双向功率流LCL型双Buck并网逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及已在一种双向功率流LCL型双Buck并网逆变器及其控制方法，适用于直流微网、V2G等应用场合，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

近年来能源短缺、环境恶化等问题催生了新能源、可再生能源技术的蓬勃发展，双向功率流逆变器是实现可再生能源发电系统与电网高效、可靠衔接的关键技术手段。因此，实现高效率、高功率密度、高可靠性以及双向工作模式快速平滑切换设计是双向逆变器发展的主要方向。传统的双向逆变器多采用桥式结构，存在桥臂直通隐患，有悖于高可靠性发展方向；增加死区时间在消除桥臂直通问题的同时又对输出电压引入了谐波，给输出电能质量带来影响，不利于滤波器体积的减小，且死区时间的占用限制了开关频率的进一步提升，有悖于高频高功率密度的发展方向；桥式结构续流电流路径均流经开关管的体二极管，寄生二极管反向恢复时间长、导通压降大，将造成极大的反向恢复损耗，有悖于高效率的发展方向。为了克服桥式结构存在的固有缺陷，双Buck型逆变器于1995年提出，克服了桥式结构的缺点，不存在开关管串接现象，无桥臂直通问题，无需设置死区时间，且续流回路由二极管代替体二极管，开关管与二极管的优化设计得到解耦。但起初的双Buck变换器是基于半桥结构，依然存在输入电压利用率低、需要输入均压大电容，输出双滤波电感利用率低、体积重量大，功率密度低等问题，且大多数研究仅限于逆变场合。为此，研究高输入电压利用率、低滤波器体积、可适用于双向功率变换场合且可实现双向工作模式之间平滑无缝切换的双Buck型变换器对当今直流微网等技术的发展具有重要意义。带LCL型滤波器的并网双Buck类逆变器在有效滤除高频电流谐波的同时可做到比传统L型滤波器更低的体积，然而LCL滤波器作为三阶系统，其欠阻尼工作时的谐振问题严重影响系统的稳定，因此研究一种既能做到抑制阻尼又确保逆变器的双向工作模式可靠运行的控制方法亦十分重要。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种可实现能量双向流动的LCL型双Buck并网变换器及其控制方案，克服传统桥式双向并网变换器存在的桥臂直通问题以及传统半桥型双Buck的诸多不足。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双向功率流LCL型双Buck并网逆变器，其特征在于：包括电网电压u_g，直流侧电压U_d，直流侧负载R_d，电感L₁、L₂、L_g，电容C_f、C_d，开关管S₁、S₂、S₃、S₄，二极管D₁、D₂、D₃、D₄；直流电压U_d的一端分别与负载R_d的一端、电容C_d的一端、二极管D₁的阴极、二极管D₂的阴极、开关管S₃的漏极、开关管S₄的漏极连接；直流电压U_d的另一端分别与负载R_d的另一端、电容C_d的另一端、开关管S₁的源极、开关管S₂的源极、二极管D₃的阳极、二极管D₄的阳极连接；所述二极管D₁的阳极分别与所述开关管S₁的漏极、电感L₁的一端连接；所述二极管D₂的阳极分别与所述开关管S₂的漏极、电感L₂的一端连接；所述电感L₁的另一端分别与开关管S₃的源极、所述二极管D₃的阴极、电容C_f的一端、电感L_g的一端连接；所述电感L₂的另一端与开关管S₄的源极、所述二极管D₄的阴极、所述电容C_f的另一端、电网电压u_g的一端连接，所述电感L_g的另一端与电网电压u_g的另一端连接；所述开关管S₁、S₂、S₃、S₄的栅极连接控制模块输出。