[发明专利]外置并联分时选择开关隔离反激周波型单级多输入逆变器

权利要求书

1.一种外置并联分时选择开关隔离反激周波型单级多输入逆变器，其特征在于：这种逆变器是由外置的双向功率流多路并联分时选择四象限功率开关电路、双向功率流单输入单输出高频逆变电路、储能式变压器、周波变换器、输出滤波电容依序级联构成，并且外置的双向功率流多路并联分时选择四象限功率开关电路的每路输入端均级联一路输入滤波器，n路输入滤波器共地，n为多输入源的路数，n为大于1的自然数；所述外置的双向功率流多路并联分时选择四象限功率开关电路的每一路仅由两个源极相连的二象限功率开关反向串联构成且各路输出端并接在一起，一个二象限功率开关的漏极与该路输入滤波器的输出端相连接，另一个二象限功率开关的漏极为输出端，在任意时刻只有一路工作；所述的双向功率流单输入单输出高频逆变电路为推挽式、推挽正激式、半桥式、全桥式电路，推挽式电路由两个承受单向电压应力和双向电流应力的二象限高频功率开关、具有中心抽头的储能式变压器原绕组构成，推挽正激式电路由两个承受单向电压应力和双向电流应力的二象限高频功率开关、钳位电容、储能式变压器的两个原绕组构成，半桥式电路由两个承受单向电压应力和双向电流应力的二象限高频功率开关、两个桥臂电容构成，全桥式电路由四个承受单向电压应力和双向电流应力的二象限高频功率开关构成；所述的周波变换器由两个承受单向电压应力和双向电流应力的二象限高频功率开关构成，两个二象限高频功率开关的漏极与储能式变压器副绕组的两端各自相连接，两个二象限高频功率开关的源极与输出滤波电容的两端各自相连接；所述逆变器外置的双向功率流多路并联分时选择四象限功率开关电路和双向功率流单输入单输出高频逆变电路将n路输入直流电压源U_i1、U_i2、…、U_in调制成电平幅值按正弦包络线分布且上升斜率分别为U_i1/L₁、U_i2/L₁、…、U_in/L₁的单极性三态多斜率SPWM电流波，经储能式变压器隔离变流和周波变换器解调成电平幅值按正弦包络线分布且下降斜率为-u_o/L₂的单极性三态单斜率SPWM电流波，经输出滤波电容后在单相交流负载上获得优质的正弦交流电压或并网正弦电流，仅半桥式电路的单极性三态多斜率SPWM电流波的上升斜率分别为U_i1/(2L₁)、U_i2/(2L₁)、…、U_in/(2L₁)，L₁、L₂分别为储能式变压器原、副绕组的电感，u_o为输出正弦电压瞬时值；所述逆变器的工作原理相当于多个反激型单输入逆变器在输入端电流的叠加，即输出电压u_o与多输入直流电压源、储能式变压器匝比N₂/N₁、多路输入源占空比d₁、d₂、…、d_n之间的关系为u_o＝(d₁U_i1+d₂U_i2+…+d_nU_in)N₂/[N₁(1-d₁-d₂-…-d_n)]，仅半桥式电路u_o＝(d₁U_i1/2+d₂U_i2/2+…+d_nU_in/2)N₂/[N₁(1-d₁-d₂-…-d_n)]；所述第1、2、…、n路并联分时选择四象限功率开关的电压应力分别为推挽式、推挽正激式高频逆变电路和周波变换器两象限功率开关的电压应力均分别为2U_imax、半桥式高频逆变电路、周波变换器两象限功率开关的电压应力分别为U_imax、全桥式高频逆变电路、周波变换器两象限功率开关的电压应力分别为U_imax、U_imax＝max(U_i1，U_i2，…，U_in)，N＝1、2、…、n，U_o为输出正弦电压有效值；所述逆变器构成的独立供电系统采用第1、2、…、n-1路输入源输出功率固定和第n路输入源补充负载所需的不足功率的具有四种工作模式选择的输出电压、输入电流瞬时值SPWM主从功率分配能量管理控制策略，所述逆变器构成的并网发电系统采用具有四种工作模式选择的第1、2、…、n路输入源输入电流瞬时值反馈SPWM最大功率输出能量管理控制策略；按照逆变器输出电压极性和储能式变压器副边绕组电流基波分量的极性进行划分，逆变器存在四种工作模式A、B、C、D，每一种工作模式相当于一个反激直流变换器，逆变器在输出滤波电容与交流负载的并联等效阻抗呈感性、容性、阻性时的工作模式顺序分别为A-B-C-D、D-C-B-A、A-C；在确保正向传递能量且向负载释能期间原边电路不出现低阻抗回路的情形下储能式变压器匝比应满足或min(U_i1/2、U_i2/2、…、U_in/2)，在确保能量反向回馈到第n路输入源不出现正激工作的情形下储能式变压器匝比应满足或U_in/2，根据或(d_1maxU_i1/2+d_2maxU_i2/2+…+d_nmaxU_in/2)N₂/[N₁(1-d_1max-d_2max-…-d_nmax)]可推导出，推挽式、推挽正激式、半桥式、全桥式电路多输入源的最大占空比之和d_1max+d_2max+…+d_nmax≤0.5；所述逆变器根据交流负载的大小通过控制n路外置并联分时选择四象限功率开关的导通与截止决定需要投入工作的输入源路数，n路输入源在一个高频开关周期内按U_i1、U_i2、…、U_in先后次序并联分时向交流负载供电，实现了n个共地、不稳定的输入直流电压单级高效隔离升/降压逆变成一个负载所需的稳定优质的正弦交流电。

2.根据权利要求1所述的外置并联分时选择开关隔离反激周波型单级多输入逆变器，其特征在于：所述外置并联分时选择开关隔离反激周波型单级多输入逆变器的输出端并接一个储能设备的单级隔离双向充放电变换器，以构成一个能充分利用n输入源能量的输出电压稳定的独立供电系统；所述的单级隔离双向充放电变换器是由输入滤波器、高频逆变器、高频变压器、周波变换器、输出滤波器依序级联构成，周波变换器是由能承受双向电压应力和双向电流应力的四象限高频功率开关构成，单级隔离双向充放电变换器在储能设备放电和充电时分别等效于一个单级电压型高频环节DC-AC变换器和一个单级电流型高频环节AC-DC变换器；所述的独立供电系统采用具有单级隔离双向充放电变换器输出电压独立控制环路的n个输入源最大功率输出能量管理控制策略，n个输入源均工作在最大功率输出方式，根据负载功率与n个输入源最大功率之和的相对大小实时控制单级隔离双向充放电变换器的功率流大小和方向，实现系统输出电压的稳定和储能设备充放电的平滑无缝切换；负载功率大于n个输入源的最大功率之和时系统工作在储能设备通过单级隔离双向充放电变换器向负载提供所需的不足功率的供电模式Ⅱ，储能设备单独向负载供电的供电模式Ⅲ属于供电模式Ⅱ的极端情形，负载功率小于n个输入源的最大功率之和时系统工作在n个输入源输出的剩余能量通过单级隔离双向充放电变换器对储能设备充电的供电模式Ⅰ；对于输出滤波电容和负载而言，外置并联分时选择开关隔离反激周波型单级多输入逆变器和单级隔离双向充放电变换器的输出端并接相当于两个电流源的并联叠加；将第1、2、…、n路输入源输出电流分别与第1、2、…、n路输入源最大功率点基准电流进行误差放大，第1、2、…、n路误差放大信号乘以正弦同步信号再分别与同一高频载波信号交截生成第1、2、…、n路信号控制n输入逆变器，n输入逆变器输出滤波电感电流与输出电压同频同相、输出有功功率，将系统输出电压与基准电压的误差放大信号与高频载波信号交截生成SPWM信号进行控制的所述充放电变换器的输出滤波电感电流与系统输出电压之间存在相位差θ、不同的相位差θ意味着输出不同大小和方向的有功功率；负载功率等于n个输入源的最大功率之和时θ＝90°、充放电变换器输出的有功功率为零，负载功率大于n个输入源的最大功率之和时输出电压减小、θ＜90°、充放电变换器输出有功功率即储能设备提供负载所需的不足功率，负载功率小于n个输入源的最大功率之和时输出电压增大、θ＞90°、充放电变换器输出负有功功率即n个输入源输出的剩余功率对储能设备充电。