雙反激諧振的光伏微型逆變器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種雙反激諧振的光伏微型逆變器，其包括：兩個(gè)并聯(lián)的反激變換器，連接光伏電池板和直流母線；直流母線，設(shè)置有直流母線電容；H橋逆變電路，連接直流母線電容和單相電網(wǎng)；有源箝位電路，分別于反激變換器連接，以吸收漏感能量并抑制H橋逆變電路的開關(guān)器件的軟開關(guān)和關(guān)斷電壓。本方案的逆變器體積小，重量輕，成本低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】雙反激諧振的光伏微型逆變器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光伏逆變領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙反激諧振的光伏微型逆變器，該逆變器可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏電池板獨(dú)立控制與并網(wǎng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏逆變器作為光伏電池板并網(wǎng)過程中最重要的環(huán)節(jié)，其效率、成本、穩(wěn)定性都是決定光伏行業(yè)能否蓬勃發(fā)展的重要因素。新型的并網(wǎng)逆變器拓?fù)淇梢蕴岣咛柲芾眯省⑦M(jìn)而縮短成本回收周期，使得光伏的大規(guī)模普及變得可能。
[0003]在光伏電池板的使用過程中，不可避免的存在不同安裝角度、不同面向角度以及局部黑斑、陰影的影響。此外，由于污垢累計(jì)、老化程度、材料差異性等因素的影響造成雜散參數(shù)的不同，因而導(dǎo)致發(fā)電效率、最大功率點(diǎn)的不同，若采用集中式逆變的最大功率點(diǎn)跟蹤，容易使系統(tǒng)失配導(dǎo)致整體輸出功率的大幅度降低，甚至可能形成熱斑導(dǎo)致組件受損。另一方面，光伏陣列不可避免的與地面之間存在分布電容，該電容在非隔離系統(tǒng)中會(huì)導(dǎo)致漏電流的產(chǎn)生，進(jìn)而影響系統(tǒng)的安全性及電網(wǎng)的波形質(zhì)量。
[0004]反激變換器是結(jié)構(gòu)簡單、功率器件少的分布式隔離逆變器拓?fù)?，現(xiàn)在商業(yè)產(chǎn)品已相對成熟，但當(dāng)其工作在低壓輸入、高壓輸出的場合時(shí)，由于變壓器原邊匝數(shù)較少，導(dǎo)致變壓器原邊漏感值占原邊勵(lì)磁電感的比重較大，若漏感能量不被吸收將影響效率的提高，另夕卜，漏感能量與主功率開關(guān)管漏源寄生電容引起的關(guān)斷電壓尖峰，也增加了主攻率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)舸┲鞴β书_關(guān)管。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種利用雙反激諧振，且能允許每個(gè)光伏電池板獨(dú)立進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的雙反激諧振的光伏微型逆變器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:
[0007]本實(shí)用新型提供了一種雙反激諧振的光伏微型逆變器，其包括:兩個(gè)并聯(lián)的反激變換器，連接光伏電池板和直流母線；直流母線，設(shè)置有直流母線電容橋逆變電路，連接直流母線電容和單相電網(wǎng)；有源箝位電路，分別于反激變換器連接，以吸收漏感能量并抑制H橋逆變電路的開關(guān)器件的軟開關(guān)和關(guān)斷電壓。
[0008]可選地，上述雙反激諧振的光伏微型逆變器還包括:控制單元，與由H橋逆變電路和單相電網(wǎng)組成的并網(wǎng)系統(tǒng)連接。
[0009]可選地，并網(wǎng)系統(tǒng)還包括:電壓電流檢測單元，連接光伏電池板的輸出端和控制單元，以進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤；并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的單相交流電通過電感接入單相電網(wǎng)。
[0010]可選地，上述雙反激諧振的光伏微型逆變器還包括:變壓器，使用多原邊單副邊的變壓器，其中每個(gè)原邊結(jié)構(gòu)單元包括帶有升壓拓?fù)涞墓夥姵匕?、直流電容、電壓傳感器和由四只開關(guān)器件組成的H橋；電壓傳感器，用于檢測直流電容兩端的電壓信號(hào)，并傳送給控制單元，以使控制單元通過調(diào)節(jié)H橋輸出方波的相位差來實(shí)現(xiàn)功率流動(dòng)。
[0011]可選地，控制單元包括:模數(shù)采集模塊，用于接收并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓電流檢測單元及電壓傳感器輸送的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；開關(guān)量采集模塊，用于采集開關(guān)器件的過流和過熱故障信號(hào)；數(shù)字信號(hào)微處理器，包括電壓平衡模塊和脈寬調(diào)制生成模塊，電壓平衡模塊，用于接收模數(shù)采集模塊傳送的信號(hào)并計(jì)算，得出脈寬調(diào)制整流器兩端電壓與正常值之間的偏差，并接收開關(guān)量采集模塊傳送的故障信號(hào)，及時(shí)發(fā)出保護(hù)指令；脈寬調(diào)制生成模塊，用于根據(jù)偏差，發(fā)出一脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)和一輔助控制信號(hào)；開關(guān)量輸出模塊，由現(xiàn)場可編程門陣列構(gòu)成，用于接收數(shù)字信號(hào)微處理器傳送的輔助控制信號(hào)和保護(hù)指令；若干驅(qū)動(dòng)電路，接收脈寬調(diào)制生成模塊傳送的脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)并再次擴(kuò)展，以驅(qū)動(dòng)并網(wǎng)系統(tǒng)中相應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，使直流母線電容的電壓平衡及電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)為I，并控制逆變器輸出工頻交流電。
[0012]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型在直-直變換部分引入雙反激結(jié)構(gòu)，將兩路反激變換器的輸入、輸出并聯(lián)，原邊開關(guān)管交錯(cuò)導(dǎo)通，既提升了功率，又減少了輸出電流紋波；2、由于本實(shí)用新型加入了有源箝位電路，通過諧振進(jìn)行漏感能量的吸收和主功率管的關(guān)斷電壓抑制；3、本實(shí)用新型依然采用電流峰值控制不連續(xù)電流模式(DCM)和臨界電流模式(BCM)結(jié)合的控制策略:當(dāng)瞬時(shí)功率小時(shí)，只有一路反激變流器工作，且工作于DCM定頻模式，當(dāng)瞬時(shí)功率較大時(shí)，兩路反激變流器一起工作，且采用主從模式，該策略提高了全功率范圍內(nèi)的運(yùn)行效率。
[0013]本實(shí)用新型的逆變器體積小，重量輕，可靠性與電氣隔離性能良好，發(fā)電效率高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，適用于各類型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型雙反激諧振光伏微型逆變器發(fā)電拓?fù)鋱D；以及
[0015]圖2是本實(shí)用新型控制單元的方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]本實(shí)施例的雙反激諧振光伏微型逆變器包括兩路并聯(lián)的反激變換器并附加有源箝位諧振電路，在直-直變換部分引入雙反激結(jié)構(gòu)，將兩路反激變換器的輸入、輸出并聯(lián)，原邊開關(guān)管交錯(cuò)導(dǎo)通，既提升了功率，又減少了輸出電流紋波；由于本實(shí)施例的逆變器加入了有源箝位電路，通過諧振進(jìn)行漏感能量的吸收和主功率管的關(guān)斷電壓抑制，如圖1所示，不失一般性，逆變器的開關(guān)器件S1、S3 一直導(dǎo)通，第一反激變換器作為主結(jié)構(gòu)，包括器件Lkl、Ccal1、Dal、Sal ;第二反激變換器為從結(jié)構(gòu)，包括器件Lk2、Ccal2、Da2、Sa2，高頻開關(guān)周期內(nèi)的等效電路的運(yùn)行過程可以分為14個(gè)階段:
[0018]階段1:從路的原邊電流上升到基準(zhǔn)值，從路的主開關(guān)管Sm2關(guān)斷，Sal和Sa2相應(yīng)關(guān)斷，輸入能量存儲(chǔ)在勵(lì)磁電感Lpl中，電容Cr2被諧振充電，電容Cr2的電壓Vds2迅速提聞。
[0019]階段2:當(dāng)Vds2上升到預(yù)定電壓(該預(yù)定電壓可為光伏電池板電壓Upv與電容Ccal2電壓之和)時(shí)，Sa2的反并聯(lián)二極管Da2導(dǎo)通，漏感Lk2與箝位電容Ccal2諧振，存儲(chǔ)在漏感Lk2中的能量被Ccal2吸收，輸出整流二極管Ds2導(dǎo)通后，Lp2兩端電壓被箝位。
[0020]階段3:電感Lk2放電，Da2關(guān)斷，在這個(gè)階段，從路反激變換器中Lp2存儲(chǔ)的能量通過變壓器Tr2耦合到副邊，傳輸給電網(wǎng)。
[0021]階段4:主路的原邊電流上升到基準(zhǔn)值，從路的主開關(guān)管Sml關(guān)斷，Sal、Sa2開通，輸入能量存儲(chǔ)在勵(lì)磁電感Lpl中，電容Crl被諧振充電，Vdsl迅速增長，Ds2依然導(dǎo)通，在這個(gè)階段中，箝位電容Ccal2中的能量一部分通過變壓器Tr2被釋放到輸出，一部分給Lp2和Lk2勵(lì)磁，在此處從路的漏感能量被有效吸收和利用。
[0022]階段5:當(dāng)Vdsl增長到預(yù)定電壓(該預(yù)定電壓可為光伏電池板電壓Upv與電容Ccall電壓之和)時(shí)，Dal導(dǎo)通，漏感Lkl與箝位電容Ccall諧振，存儲(chǔ)在漏感Lkl中的能量被Ccall吸收，輸出整流二極管Dsl導(dǎo)通后，Lpl兩端電壓被箝位。
[0023]階段6:Lk2上電流上升，Ds2關(guān)斷。
[0024]階段7:Vds2諧振下降為0，Sm2的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通。
[0025]階段8:零電壓開通Sm2。
[0026]階段9 =Lkl諧振電流下降為0，Dal關(guān)斷，Lpl存儲(chǔ)的能量通過Trl耦合至副邊，傳輸給電網(wǎng)。
[0027]階段10-14:開通Sal，在這個(gè)階段主路反激變換器的工作流程與階段4-8相類似。
[0028]在更優(yōu)選的實(shí)施例中，在上述過程中，控制單元與微型逆變器之間進(jìn)行信息交互，維持電容電壓平衡以及電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)為1，并且控制微型逆變器輸出工頻交流電。
[0029]上述圖1中，功率開關(guān)器件的種類是根據(jù)每個(gè)基本單元輸出電壓等級的不同，選擇相應(yīng)等級的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，比如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)、IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成門極換流晶閘管)
坐寸ο
[0030]如圖2所示，控制單元包括數(shù)字信號(hào)微處理器、模數(shù)采集模塊、開關(guān)量采集模塊、若干開關(guān)量輸出模塊、脈寬調(diào)制輸出模塊、脈寬調(diào)制擴(kuò)展模塊、若干驅(qū)動(dòng)電路和人機(jī)通信接□。
[0031]數(shù)字信號(hào)微處理器采用的是高性能DSP (digital signal processor,數(shù)字信號(hào)處理器)芯片，比如TI公司生產(chǎn)的型號(hào)為TMS320F2812的DSP芯片，其內(nèi)預(yù)置有電壓平衡模塊和脈寬調(diào)制生成模塊，數(shù)字信號(hào)微處理器通過串行的人機(jī)通信接口完成鍵盤顯示和PC機(jī)通信和監(jiān)控的功能。
[0032]模數(shù)采集模塊為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將電壓電流檢測單元檢測到的電流、電壓信號(hào)通過調(diào)理電路調(diào)理后的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并輸送給數(shù)字信號(hào)微處理器。
[0033]開關(guān)量采集模塊在功率開關(guān)器件存在有過流、過熱等故障時(shí)，將故障信號(hào)發(fā)送給數(shù)字信號(hào)微處理器，使數(shù)字信號(hào)微處理器及時(shí)發(fā)出保護(hù)指令，采取保護(hù)措施；當(dāng)功率開關(guān)器件不存在有過流、過熱等故障時(shí)，開關(guān)量采集模塊不工作。開關(guān)量輸出模塊為I/o接口，接收數(shù)字信號(hào)微處理器輸出的開關(guān)量控制信號(hào)，輔助脈寬調(diào)制擴(kuò)展模塊進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)展。
[0034]數(shù)字信號(hào)微處理器內(nèi)預(yù)置的電壓平衡模塊對輸入的信號(hào)、進(jìn)行計(jì)算，得出電壓信號(hào)與正常值之間的偏差，之后脈寬調(diào)制生成模塊根據(jù)該偏差，發(fā)送至脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)給脈寬調(diào)制輸出模塊及輔助控制信號(hào)給開關(guān)量輸出模塊；同時(shí)數(shù)字信號(hào)微處理器對輸入的故障信號(hào)進(jìn)行判斷，發(fā)出相應(yīng)的指令，比如:停機(jī)或者降低功率運(yùn)行等指令，輸送給開關(guān)量輸出模塊，通過繼電器來控制相應(yīng)開關(guān)的開閉。
[0035]脈寬調(diào)制輸出模塊將脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)輸送給脈寬調(diào)制擴(kuò)展模塊，該脈寬調(diào)制擴(kuò)展模塊為現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA,Field Programmable Gate Array)或復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD, Complex Programmable Logic Device),每一路驅(qū)動(dòng)電路將按照脈寬調(diào)制擴(kuò)展模塊的輸出發(fā)出脈沖電壓以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中相應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，使電容電壓平衡以及網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)為I，并且使逆變器輸出工頻交流電。
[0036]在本實(shí)施例中，光伏電池板也可以為直流電源，電池，超級電容，電容器等各類直流供電與儲(chǔ)能系統(tǒng)，使用儲(chǔ)能系統(tǒng)替代后的電路也在本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
[0037]本實(shí)施例中的各種電力電子器件可以使用二極管、MOSFET, IGBT, GTO, IGCT、晶閘管、三極管等各類半導(dǎo)體器件。
[0038]以上箝位電路拓?fù)溥€可以選用無源等常規(guī)箝位電路替代，替代后的電路也在本專利保護(hù)范圍內(nèi)。
[0039]上述各實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
[0040]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本實(shí)用新型的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本實(shí)用新型公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本實(shí)用新型原理的許多其他變型或修改。因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種雙反激諧振的光伏微型逆變器，其結(jié)構(gòu)特征在于包括: 兩個(gè)并聯(lián)的反激變換器，連接光伏電池板和直流母線； 所述直流母線，設(shè)置有直流母線電容； H橋逆變電路，連接所述直流母線電容和單相電網(wǎng)； 有源箝位電路，分別于所述反激變換器連接，以吸收漏感能量并抑制所述H橋逆變電路的開關(guān)器件的軟開關(guān)和關(guān)斷電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的雙反激諧振的光伏微型逆變器，其特征在于，還包括:控制單元，與由所述H橋逆變電路和所述單相電網(wǎng)組成的并網(wǎng)系統(tǒng)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的雙反激諧振的光伏微型逆變器，其特征在于，所述并網(wǎng)系統(tǒng)還包括: 電壓電流檢測單元，連接所述光伏電池板的輸出端和所述控制單元，以進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤； 所述并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的單相交流電通過電感接入所述單相電網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求2所述的雙反激諧振的光伏微型逆變器，其特征在于還包括: 變壓器，使用多原邊單副邊的變壓器，其中每個(gè)原邊結(jié)構(gòu)單元包括帶有升壓拓?fù)涞乃龉夥姵匕?、直流電容、電壓傳感器和由四只開關(guān)器件組成的所述H橋； 所述電壓傳感器，用于檢測所述直流電容兩端的電壓信號(hào)，并傳送給所述控制單元，以使所述控制單元通過調(diào)節(jié)H橋輸出方波的相位差來實(shí)現(xiàn)功率流動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2或3或4所述的雙反激諧振的光伏微型逆變器，其特征在于，所述控制單元包括: 模數(shù)采集模塊，用于接收所述并網(wǎng)系統(tǒng)中的所述電壓電流檢測單元及所述電壓傳感器輸送的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)； 開關(guān)量采集模塊，用于采集所述開關(guān)器件的過流和過熱故障信號(hào)； 數(shù)字信號(hào)微處理器，包括電壓平衡模塊和脈寬調(diào)制生成模塊， 所述電壓平衡模塊，用于接收所述模數(shù)采集模塊傳送的信號(hào)并計(jì)算，得出所述脈寬調(diào)制整流器兩端電壓與正常值之間的偏差，并接收所述開關(guān)量采集模塊傳送的故障信號(hào)，及時(shí)發(fā)出保護(hù)指令； 所述脈寬調(diào)制生成模塊，用于根據(jù)所述偏差，發(fā)出一脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)和一輔助控制信號(hào)； 開關(guān)量輸出模塊，由現(xiàn)場可編程門陣列構(gòu)成，用于接收所述數(shù)字信號(hào)微處理器傳送的輔助控制信號(hào)和所述保護(hù)指令； 若干驅(qū)動(dòng)電路，接收所述脈寬調(diào)制生成模塊傳送的脈寬調(diào)制控制脈沖信號(hào)并再次擴(kuò)展，以驅(qū)動(dòng)所述并網(wǎng)系統(tǒng)中相應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，使所述直流母線電容的電壓平衡及電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)為I，并控制所述逆變器輸出工頻交流電。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK203933434SQ201420201733
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】王祎, 林堅(jiān), 李宏, 王彭 申請人:蘇州微盛特變新能源科技有限公司