[发明专利]一种混合导通模式的并网逆变器

说明书

本发明公开了一种混合导通模式的并网逆变器，属于并网逆变器控制与优化领域，包括：桥式逆变模块、LCL滤波模块和闭环控制模块；当前开关周期中，当LCL滤波模块中机侧电感的平均电流与电容电压参考方向一致时，若流过机侧电感的电荷量较小，控制桥式逆变模块处于P‑O断续导通模式，若较大处于P‑O‑N临界导通模式；当LCL滤波模块中机侧电感的平均电流与电容电压参考方向不一致时，若流过机侧电感的电荷量较小，控制桥式逆变模块处于O‑N断续导通模式，若较大处于P‑O‑N临界导通模式。无需外加谐振电路的情况下实现功率开关器件的软开关，减小开关管电流应力和开关损耗，从而缩小散热器体积，逆变器可选用电感量较小的滤波电感，降低电感体积，提高效率和功率密度。

技术领域

本发明属于并网逆变器控制与优化领域，更具体地，涉及一种混合导通模式的并网逆变器。

背景技术

微型LCL并网逆变器能够将每块光伏极板的电能直接逆变并网。高效率、高功率密度、简便易行的控制算法以及高质量并网电流控制效果(低总谐波失真)仍是微型并网逆变器的性能目标。这几个性能指标通常是相互关联、紧密耦合的。提高效率意味着尽可能地降低并网系统中出现的各种损耗，主要包括逆变桥中开关器件的损耗、电感等磁性元件以及线路杂散电感和等效电阻的损耗。开关器件的损耗通常主要包括开关管的开通关断损耗、通态损耗以及反并联二极管的续流损耗和反向恢复损耗。开通关断损耗是由开关器件在开通和关断过程中电压和电流交叠导致的；开关器件的通态损耗由开关管的通态电阻和流过的电流决定；可以通过提高器件开关频率可以减小其每个开关周期流过开关管的电流。

在中大功率场合下，考虑到机侧电感电流纹波幅值要求，传统LCL并网逆变器工作于连续导通模式(Continuous Conduction Mode，CCM)，这种情况下开关器件均为硬开关，不可避免地增大了器件开关损耗。在小功率场合下，软开关技术有时通过外加谐振电路来实现，根据工作原理和电路位置可分为谐振DC环节、谐振极、辅助谐振缓冲、主辅开关电路、载波控制等。利用谐振电路来实现软开关时，谐振过程会在开关器件上产生很高的电压应力与电流应力。此外，谐振电路需要加入辅助电容、电感及开关管等元件，这使得逆变电源的控制策略变得非常复杂，影响逆变电源的稳定运行。因此，在微型并网逆变领域下，如何在不增加谐振电路的前提下实现软开关是本领域技术人员关心的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种混合导通模式的并网逆变器，其目的在于在无需外加谐振电路的情况下实现功率开关器件的软开关，减小开关管电流应力和开关损耗，从而缩小散热器体积，逆变器可选用电感量较小的滤波电感，降低电感体积，提高效率和功率密度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种混合导通模式的并网逆变器，包括：桥式逆变模块、LCL滤波模块和闭环控制模块；所述LCL滤波模块的输入侧连接所述桥式逆变模块的交流侧，输出侧连接至电网；当前开关周期中，当所述LCL滤波模块中机侧电感的平均电流与电容电压参考方向一致时，若流过所述机侧电感的电荷量小于第一临界电荷量时，所述闭环控制模块用于控制所述桥式逆变模块处于P-O断续导通模式，若流过所述机侧电感的电荷量不小于所述第一临界电荷量且不大于第二临界电荷量时，所述闭环控制模块用于控制所述桥式逆变模块处于P-O-N临界导通模式；当前开关周期中，当所述LCL滤波模块中机侧电感的平均电流与电容电压参考方向不一致时，若流过所述机侧电感的电荷量小于第三临界电荷量时，所述闭环控制模块用于控制所述桥式逆变模块处于O-N断续导通模式，若流过所述机侧电感的电荷量不小于所述第三临界电荷量时，所述闭环控制模块用于控制所述桥式逆变模块处于所述P-O-N临界导通模式。

更进一步地，所述LCL滤波模块的被控模型为以所述机侧电感的平均电流为输入量、以并网电流为输出量、以并网电压为扰动量、且设置有并网电压前馈的直接平均电流模型，所述直接平均电流模型为二阶模型；所述闭环控制模块以并网电流为直接控制对象，对所述LCL滤波模块进行PID闭环控制，控制参数由所述直接平均电流模型、期望的系统阻尼比和自然振荡频率确定，所述直接平均电流模型的表达式为：