CN101257263A - 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器 - Google Patents

用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器 Download PDF

Info

Publication number
CN101257263A
CN101257263A CNA2008100238048A CN200810023804A CN101257263A CN 101257263 A CN101257263 A CN 101257263A CN A2008100238048 A CNA2008100238048 A CN A2008100238048A CN 200810023804 A CN200810023804 A CN 200810023804A CN 101257263 A CN101257263 A CN 101257263A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power switch
side circuit
inverse
switch pipe
violent change
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100238048A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100588105C (zh
Inventor
张海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Guanya Power Equipment Co., Ltd.
Original Assignee
张海波
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 张海波 filed Critical 张海波
Priority to CN200810023804A priority Critical patent/CN100588105C/zh
Publication of CN101257263A publication Critical patent/CN101257263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100588105C publication Critical patent/CN100588105C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，包括输入侧电路和反激变压器和输出侧电路。其中，输出侧电路包括光伏阵列、第一滤波电容和第一功率开关管，同反激变压器原边连接；输出侧电路包括第二～第五功率开关管和第二滤波电容，同反激变压器副边连接。具有如下优点：单级结构即实现了升压逆变输出，整机大小、体积重量和成本可大为降低；实现了高频电气隔离；整个电路除高频反激变压器外无需其它磁件，整个电路使用功率器件较少，结构简单，开销小；控制方案较为简单，易于实现。

Description

用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
一、技术领域
本发明涉及一种电能变换装置中的逆变器，尤其涉及一种可以实现单级升压逆变的逆变器。
二、背景技术
户外并网光伏发电的应用和需求日益广泛，例如近来国家提出的“思源工程”中“农村沼气系统”、“光伏虫害预警或灭虫系统”等项目均需要用到并网光伏发电系统。目前光伏系统的价格仍较为昂贵，如何降低其成本，在保证性能的前提下，为贫困地区提供物美价廉的户外并网光伏发电系统，是摆在包括企业和院校科技工作者面前的一道课题。目前光伏系统逆变电源普遍采用两级式结构。这是因为市电系统输出为220VAC，则直流侧母线电压至少要达到315VDC，而光伏阵列输出电压典型值远低于315VDC，因而必须在逆变器前增加一级DC/DC直直变换器，将输入电压升压到要求的直流侧母线电压。相对单级结构，DC/DC直直变换器+DC/AC逆变器的两级式结构增加了系统复杂性、增大了整机体积重量、降低了整体的功率变换效率、使得系统开销大为增加。因而需要得到一种能够实现升压逆变并且性能优异的单级逆变器。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种可以实现升压逆变且简单可靠的单级逆变器。
为了解决现有技术中出现的问题，本发明提出一种技术方案：用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，包括输入侧电路、反激变压器和输出侧电路，输出侧电路的输出端再与外界负载相连接，输入侧电路中，光伏阵列的阳极和第一电容的阳极相连，同时和反激变压器原边绕组的一端相连，光伏阵列的阴极和第一电容的阴极相连，同时和第一功率开关的阴极相连，第一功率开关的阳极和反激变压器原边绕组的另一端相连；反激变压器第一套副边绕组的一侧和输出侧电路中的第二开关管的阴极相连，反激变压器第一套副边绕组的另一侧和输出侧电路中的第三开关管的阴极相连，反激变压器第二套副边绕组的一侧和输出侧电路中的第四开关管的阳极相连，反激变压器第二套副边绕组的另一侧和输出侧电路中的第五开关管的阳极相连；输出侧电路中，第二功率开关管的阳极和第五功率开关管的的阴极连接于输出端，第三功率开关管的阳极和第四功率开关管的的阴极连接于另一输出端，第二电容的一侧连接于输出端，另一端连接于另一输出端。
本发明采用的反激式单级逆变器的输入侧包含了光伏阵列产生输入电压，第一电容采用蓄电池进行滤波和储能；其输出侧接负载电路即用户电器设备；其包含的反激变压器工作于PWM调制方式，实现了高频电气隔离，整个电路中不再需要电感，变压器副边绕组匝数高于原边绕组匝数，将输入侧光伏阵列发出的电压(12～48VDC可选)转变为逆变所需的320～360VDC。反激式单级逆变器使用了五只功率开关管，其中仅第一功率开关工作于PWM高频调制状态，通过调节第一功率开关的占空比即可控制输出电压的波形和大小满足要求，控制简单易实现；第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管和第五功率开关管均工作于工频开关方式，在整个工频输出周期中均只开关一次，分别工作于以输出电压、电流为坐标的四个象限中一个象限，这种工作方式降低了开关损耗，控制简单易实现。
有益效果：本发明是一种用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，具有如下优点：(1)单级结构即实现了升压逆变输出，整机大小、体积重量和成本可大为降低；(2)实现了高频电气隔离；(3)整个电路除高频反激变压器外无需其它磁件，整个电路使用功率器件较少，结构简单，开销小；(4)控制方案较为简单，易于实现；(5)副边四个开关管无需采用高频开关管，原边开关管的电压应力低，即为光伏阵列输出电压，功率器件选型方便，无需采用昂贵器件。
四、附图说明
图1是本发明的用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器电路结构示意图，标号名称：1.输入侧电路；2.反激变压器；3.输出侧电路；
图2是本发明的用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器各开关模态示意图；
图3是本发明的用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器采用的控制框图。
图中的主要符号名称：uo——逆变器瞬时输出电压。io——逆变器瞬时输出电流，是第二电容C2的电流和用户负载电流之和。V1～V5——功率开关管S1～S5的驱动。
五、具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明创造作进一步说明：
如图1所示，本实施例的反激式单级逆变器，其特征在于，包括输入侧电路1和反激变压器2和输出侧电路3，输出侧电路的输出端再与外界负载相连接，输入侧电路1中，光伏阵列E的阳极和第一电容C1的阳极相连，同时和反激变压器2原边绕组的一端p1相连，光伏阵列E的阴极和第一电容C1的阴极相连，同时和第一功率开关S1的阴极相连，第一功率开关S1的阳极和反激变压器2原边绕组的另一端p2相连；反激变压器2第一套副边绕组的一侧n1和输出侧电路3中的第二开关管S2的阴极相连，反激变压器2第一套副边绕组的另一侧n2和输出侧电路3中的第三开关管S3的阴极相连，反激变压器2第二套副边绕组的一侧n3和输出侧电路3中的第四开关管S4的阳极相连，反激变压器2第二套副边绕组的另一侧n4和输出侧电路3中的第五开关管S5的阳极相连；输出侧电路3中，第二功率开关管S2的阳极和第五功率开关管的S5的阴极连接于输出端o2，第三功率开关管S3的阳极和第四功率开关管的S4的阴极连接于另一输出端o1，第二电容C2的一侧连接于输出端o1，另一端连接于另一输出端o2。
下面以图1为主电路结构，结合附图2和表1来叙述本发明的反激式逆变器的具体工作原理和工作模态。
在输出电压uo＞0，输出电流io＞0时，电路包括工作模态I和工作模态II：
1.工作模态I
如图2(a)所示，第一功率开关管S1导通，反激变压器2原边电感Lp的电流iLP线性上升，反激变压器2副边绕组没有电流通过，变换器输出电流由第二电容C2提供。
2.工作模态II
如图2(b)所示，第一功率开关管S1关断截止，反激变压器2原边电感储能从副边n1-n2绕组释放，第二功率开关管S2导通，输出电流io流经反激变压器2副边n1-n2绕组、第三功率开关管S3的体二极管、第二功率开关管S2。
在输出电压uo＞0，输出电流io＜0时，电路包括工作模态I和工作模态III：
3.工作模态III
如图2(c)所示，第一功率开关管S1关断截止，反激变压器2原边电感储能从副边n1-n2绕组释放，第三功率开关管S3导通，输出电流io流经反激变压器2副边n1-n2绕组、第二功率开关管S2的体二极管、第三功率开关管S3。
在输出电压uo＜0，输出电流io＞0时，电路包括工作模态I和工作模态IV：
4.工作模态IV
如图2(d)所示，第一功率开关管S1关断截止，反激变压器2原边电感储能从副边n3-n4绕组释放，第四功率开关管S4导通，输出电流io流经反激变压器2副边n3-n4绕组、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5的体二极管。
在输出电压uo＜0，输出电流io＜0时，电路包括工作模态I和工作模态V：
5.工作模态V
如图2(e)所示，第一功率开关管S1关断截止，反激变压器2原边电感储能从副边n3-n4绕组释放，第五功率开关管S5导通，输出电流io流经反激变压器2副边n3-n4绕组、第五功率开关管S5、第四功率开关管S4的体二极管。
表1反激式逆变器的功率管开关组合状态与输出电压、电流的关系
  uo   io   S1   S2   S3   S4   S5   对应模态   对应附图2
  ＞0   ＞0   PWM   1   0   0   0   I、II   (a)、(b)
  ＞0   ＜0   PWM   0   1   0   0   I、III   (a)、(c)
  ＜0   ＞0   PWM   0   0   1   0   I、IV   (a)、(d)
  ＜0   ＜0   PWM   0   0   0   1   I、V   (a)、(e)
为实现以上工作原理，采用控制方案如附图3所示：输出电压与电压基准经电压环运算得到PWM调制信号，经驱动电路生成第一功率开关管S1的驱动信号电流基准V1。检测输出电压uo和输出电流io，经逻辑运算和驱动电路分别生成第二～第五功率开关管S2～S5的驱动信号，使得输出电压uo＞0，输出电流io＞0的第一象限，第二功率开关管S2保持导通，第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5截止；输出电压uo＞0，输出电流io＜0的第二象限，第三功率开关管S3保持导通，第二功率开关管S2、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5截止；使得输出电压uo＜0，输出电流io＞0的第四象限，第四功率开关管S4保持导通，第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第五功率开关管S5截止；输出电压uo＜0，输出电流io＜0的第三象限，第五功率开关管S5保持导通，第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4截止。
虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1、一种用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器，其特征在于，包括输入侧电路(1)和反激变压器(2)和输出侧电路(3)，输出侧电路的输出端再与外界负载相连接，输入侧电路(1)中，光伏阵列(E)的阳极和第一电容(C1)的阳极相连，同时和反激变压器(2)原边绕组的一端(p1)相连，光伏阵列(E)的阴极和第一电容(C1)的阴极相连，同时和第一功率开关(S1)的阴极相连，第一功率开关(S1)的阳极和反激变压器(2)原边绕组的另一端(p2)相连；反激变压器(2)第一套副边绕组的一侧(n1)和输出侧电路(3)中的第二开关管(S2)的阴极相连，反激变压器(2)第一套副边绕组的另一侧(n2)和输出侧电路(3)中的第三开关管(S3)的阴极相连，反激变压器(2)第二套副边绕组的一侧(n3)和输出侧电路(3)中的第四开关管(S4)的阳极相连，反激变压器(2)第二套副边绕组的另一侧(n4)和输出侧电路(3)中的第五开关管(S5)的阳极相连；输出侧电路(3)中，第二功率开关管(S2)的阳极和第五功率开关管的(S5)的阴极连接于输出端(o2)，第三功率开关管(S3)的阳极和第四功率开关管的(S4)的阴极连接于另一输出端(o1)，第二电容(C2)的一侧连接于输出端(o1)，另一端连接于另一输出端(o2)。
2、根据权利要求1所述的反激式单级逆变器，其特征在于，输入侧包含了光伏阵列产生输入电压，第一电容采用蓄电池进行滤波和储能；其输出侧接负载电路即用户电器设备。
3、根据权利要求1所述的反激式单级逆变器，其特征在于，反激变压器工作于PWM调制方式，实现了高频电气隔离，整个电路中不再需要电感，变压器副边绕组匝数高于原边绕组匝数，将输入侧光伏阵列发出的电压转变为逆变所需的320～360VDC。
4、根据权利要求3所述的反激式单级逆变器，其特征在于，第一功率开关管工作于PWM高频调制状态，第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管和第五功率开关管均工作于工频开关方式。
CN200810023804A 2008-04-15 2008-04-15 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器 Expired - Fee Related CN100588105C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810023804A CN100588105C (zh) 2008-04-15 2008-04-15 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810023804A CN100588105C (zh) 2008-04-15 2008-04-15 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101257263A true CN101257263A (zh) 2008-09-03
CN100588105C CN100588105C (zh) 2010-02-03

Family

ID=39891797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810023804A Expired - Fee Related CN100588105C (zh) 2008-04-15 2008-04-15 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100588105C (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064713A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 上海英孚特电子技术有限公司 高效率反激式光伏并网逆变器
CN102545670A (zh) * 2010-12-24 2012-07-04 章伟康 微逆变器功率级新型拓扑结构
CN103560692A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 南京工业大学 输出并联型正反激逆变器
CN103840692A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
CN105226925A (zh) * 2015-11-02 2016-01-06 南京航空航天大学 一种反激式单相逆变器及其控制方法
WO2018000349A1 (zh) * 2016-06-30 2018-01-04 周肇梅 一种光伏逆变器
CN113966032A (zh) * 2021-10-18 2022-01-21 河北科技大学 一种基于反激电路的单级多路led驱动器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064713A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 上海英孚特电子技术有限公司 高效率反激式光伏并网逆变器
CN102064713B (zh) * 2009-11-17 2013-01-16 上海英孚特电子技术有限公司 高效率反激式光伏并网逆变器
CN102545670A (zh) * 2010-12-24 2012-07-04 章伟康 微逆变器功率级新型拓扑结构
CN103840692A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 江苏绿扬电子仪器集团有限公司 用于非并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
CN103560692A (zh) * 2013-11-07 2014-02-05 南京工业大学 输出并联型正反激逆变器
CN105226925A (zh) * 2015-11-02 2016-01-06 南京航空航天大学 一种反激式单相逆变器及其控制方法
WO2018000349A1 (zh) * 2016-06-30 2018-01-04 周肇梅 一种光伏逆变器
CN113966032A (zh) * 2021-10-18 2022-01-21 河北科技大学 一种基于反激电路的单级多路led驱动器
CN113966032B (zh) * 2021-10-18 2023-11-21 河北科技大学 一种基于反激电路的单级多路led驱动器

Also Published As

Publication number Publication date
CN100588105C (zh) 2010-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101931337B (zh) 一种光伏发电用斩波逆变电路及其控制方法
CN101860192B (zh) 一种三态三电平pfc电路及多态三电平pfc电路
CN101895223B (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN100588105C (zh) 用于并网光伏发电系统的反激式单级逆变器
CN101635530B (zh) 一种单级正激式高频链逆变器
CN103036397B (zh) 单级单相大升压比级联电压型准阻抗源变换器
CN105576982A (zh) 非隔离型直流变压器
WO2019136578A1 (zh) 具有级联磁集成开关感容网络的单级三相电压型逆变器
CN101958660A (zh) 双Sepic升降压输出并联组合型逆变器
TW201911719A (zh) 隔離型零電壓切換高升壓ｄｃ－ｄｃ轉換器
CN108400709A (zh) 一种交错并联磁集成双极性三电平双向dc/dc变换器
CN112019080B (zh) 一种含lc有源升压缓冲网络的单相电流型逆变器
CN103887987A (zh) 一种基于开关电容的多重倍压高增益高频整流隔离变换器
CN101635528A (zh) 一种正激式单级隔离逆变器
CN202918023U (zh) 一种电池组管理功率模块
CN103762839B (zh) 一种磁耦合型单相高增益无桥功率因数校正电路
CN103036398A (zh) 单级单相大升压比串联电压型准阻抗源变换器
CN203775027U (zh) 一种光伏模块用双向电压输出的高升压比变换器
CN105226986A (zh) 一种消除输入侧二次功率脉动的逆变器及其控制方法
CN201312262Y (zh) 一种具有较高转换效率的高频开关电源
CN209200934U (zh) 一种融合耦合电感技术的直流三电平升压变换器
CN203775030U (zh) 一种基于耦合电感的直流模块用高升压比变换器
CN105226925A (zh) 一种反激式单相逆变器及其控制方法
CN102938620A (zh) 单级三相大升压比级联电压型准阻抗源逆变器
CN102946209A (zh) 单级三相大升压比串联电压型准阻抗源逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: NANJING FIRST SECOND POWER EQUIPMENT CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: ZHANG HAIBO

Effective date: 20101022

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210032 BUILDING 29, NEW AND HIGH TECHNOLOGY DEVELOPMENT AREA, NANJING CITY, JIANGSU PROVINCE TO: 210032 NO.22, LIUZHOU NORTH ROAD, NEW AND HIGH TECHNOLOGY DEVELOPMENT AREA, NANJING CITY, JIANGSU PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20101022

Address after: 210032, No. 22, Liu Bei Road, hi tech Development Zone, Jiangsu, Nanjing

Patentee after: Nanjing Guanya Power Equipment Co., Ltd.

Address before: 210032 29 buildings of hi tech Development Zone, Jiangsu, Nanjing

Patentee before: Zhang Haibo

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100203

Termination date: 20170415