CN106849177B - 一种升降压并网逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种升降压并网逆变器，属逆变器。本发明的升降压并网逆变器包括输入电源、第一滤波电感、第二滤波电感、第一开关管、第二开关管、第五开关管、第六开关管、第一开关单元、第二开关单元、滤波电路和电网。本发明没有传统桥式逆变器桥臂的功率管直通问题，大大提高了系统的可靠性；各开关管不需要设死区时间，提高了电网电流的波形质量；可实现单级升降压变换，不需要传统降压型并网逆变器的两级变换；只需要2个二极管；导通支路串联的管子少，开关和导通损耗低，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种逆变器，尤其是一种升降压并网逆变器。
背景技术
随着环境污染的日益加剧和化石能源的不断紧缺，燃料电池、风能和太阳能等可再生能源由于具有清洁安全、无污染、可再生等优点而越来越受到人们的关注。但太阳能电池和燃料电池等的输出为直流电，而电网电压为交流电，因此，并网逆变器成为分布式发电系统和微电网的重要组成部分。又由于太阳能电池和燃料电池等的输出电压范围宽，有时低于电网电压，有时高于电网电压，因此，采用传统的单级降压型逆变器无法实现，通常需要再加一个前级DC-DC变换器，从而提高了系统的复杂性，降低了可靠性，增加了系统的成本。
公开文献(CN 102005962 B)公开的升降压并网逆变器及其控制方法，实现了单级升降压变换的功能，具有高的可靠性；公开文献(CN 103219912 B)公开的一种适合宽输入电压升降压并网逆变器的控制方法，在公开文献(CN 102005962 B)主电路拓扑的基础上，提出了一种新的控制方法，可工作在升降压和降压两种模式。但上述公开文献存在如下问题：需要4个二极管，成本较高；开关损耗和导通损耗高，效率低，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中并网逆变器的缺点，提出一种功率器件少和效率高的升降压并网逆变器。
本发明的升降压并网逆变器，包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2、第五开关管S5、第六开关管S6、第一开关单元1、第二开关单元2、滤波电路3和电网ug，其中第一开关单元1包括第三开关管S3和第一二极管D1，第二开关单元2包括第四开关管S4和第二二极管D2，滤波电路3包括滤波电感Lg、阻尼电阻Rd和滤波电容Cf。具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一开关管S1的一端和第二开关管S2的一端，输入电源Uin的负极分别连接第一滤波电感L1的一端、第二滤波电感L2的一端、第三开关管S3的一端和第四开关管S4的一端，第一开关管S1的另一端连接第五开关管S5的一端和第一滤波电感L1的另一端，第五开关管S5的另一端分别连接第一二极管D1的阴极、滤波电感Lg的一端和阻尼电阻Rd的一端，第一二极管D1的阳极连接第三开关管S3的另一端，阻尼电阻Rd的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电感Lg的另一端连接电网ug的正极，电网ug的负极分别连接滤波电容Cf的另一端、第六开关管S6的一端和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接第四开关管S4的另一端，第六开关管S6的另一端分别连接第二开关管S3的另一端和第二滤波电感L2的另一端。
第一开关管S1和第五开关管S5驱动信号共地，第二开关管S2和第六开关管S6驱动信号共地。
第一～第六开关管为IGBT或MOSFET。第一二极管和第二二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。
输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池等新型储能电源中的一种。
本发明的升降压并网逆变器的控制方法：当电网ug小于等于零时，第二开关管S2、第三开关管S3和第六开关管S6常断，第四开关管S4和第五开关管S5同时开通关断，第一开关管S1和第四开关管S4互补开关，通过调节第一开关管S1的占空比来调节电网电流ig的大小，保证电网电流ig与电网ug同频同相；当电网ug大于零时，第一开关管S1、第四开关管S4和第五开关管S5常断，第三开关管S3和第六开关管S6同时开通关断，第二开关管S2和第三开关管S3互补开关，通过调节第二开关管S2的占空比来调节电网电流ig的大小，保证电网电流ig与电网ug同频同相。
本发明的升降压并网逆变器没有传统桥式逆变器桥臂的功率管直通问题，大大提高了系统的可靠性；各开关管不需要设死区时间，提高了电网电流的波形质量；可实现单级升降压变换，不需要传统降压型并网逆变器的两级变换；只需要2个二极管；导通支路串联的管子少，开关和导通损耗低，效率高。
附图说明
图1：本发明的升降压并网逆变器的拓扑结构图。
图中的主要符号名称：Uin——电源电压，S1～S6——开关管，D1和D2——二极管，L1，L2——滤波电感，Lg——网侧滤波电感，Cf——滤波电容，Rd——阻尼电阻，ug——电网电压，ig——电网电流，iL1，iL2——电感L1和L2的电流。
具体实施方式
由图1可知，本申请的升降压并网逆变器，包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2、第五开关管S5、第六开关管S6、第一开关单元1、第二开关单元2、滤波电路3和电网ug，其中第一开关单元1包括第三开关管S3和第一二极管D1，第二开关单元2包括第四开关管S4和第二二极管D2，滤波电路3包括滤波电感Lg、阻尼电阻Rd和滤波电容Cf。具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一开关管S1的一端和第二开关管S2的一端，输入电源Uin的负极分别连接第一滤波电感L1的一端、第二滤波电感L2的一端、第三开关管S3的一端和第四开关管S4的一端，第一开关管S1的另一端连接第五开关管S5的一端和第一滤波电感L1的另一端，第五开关管S5的另一端分别连接第一二极管D1的阴极、滤波电感Lg的一端和阻尼电阻Rd的一端，第一二极管D1的阳极连接第三开关管S3的另一端，阻尼电阻Rd的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电感Lg的另一端连接电网ug的正极，电网ug的负极分别连接滤波电容Cf的另一端、第六开关管S6的一端和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接第四开关管S4的另一端，第六开关管S6的另一端分别连接第二开关管S3的另一端和第二滤波电感L2的另一端。
第一开关管S1和第五开关管S5驱动信号共地，第二开关管S2和第六开关管S6驱动信号共地。
第一～第六开关管为IGBT或MOSFET。第一二极管和第二二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。
输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池等新型储能电源中的一种。
本申请的升降压并网逆变器的控制方法：当电网ug小于等于零时，第二开关管S2、第三开关管S3和第六开关管S6常断，第四开关管S4和第五开关管S5同时开通关断，第一开关管S1和第四开关管S4互补开关，通过调节第一开关管S1的占空比来调节电网电流ig的大小，保证电网电流ig与电网ug同频同相；当电网ug大于零时，第一开关管S1、第四开关管S4和第五开关管S5常断，第三开关管S3和第六开关管S6同时开通关断，第二开关管S2和第三开关管S3互补开关，通过调节第二开关管S2的占空比来调节电网电流ig的大小，保证电网电流ig与电网ug同频同相。
电网电流ig可采用正弦脉冲宽度调制或者滞环电流控制。
在分析之前，作如下假设：①所有开关管和二极管均为理想器件，不考虑开关时间，导通压降；②所有电感、电容均为理想元件。
电网电压ug小于等于零时，存在2种工作模态，具体如下：
1)开关模态1
第一开关管S1开通，其他开关管都关断，第二开关管S2承受的电压为Uin，第三开关管S3、第四开关管S4和第五开关管S5承受的电压为0，第六开关管S6承受的电压为Uin-ug，第一二极管D1承受的电压为Uin，第二二极管D2承受的电压为Uin-ug，第一滤波电感电流iL1负向增加。
2)开关模态2
第四开关管S4和第五开关管S5开通，其他开关管都关断，第一开关管S1承受的电压为Uin-ug，第二开关管S2承受的电压为Uin，第三开关管S3承受的电压为-ug，第六开关管S6承受的电压为0，第一二极管D1导通，第一滤波电感电流iL1负向减小。
电网电压ug大于零时，存在2种工作模态，具体如下：
1)开关模态1
第二开关管S2开通，其他开关管都关断，第一开关管S1承受的电压为Uin，第三开关管S3、第四开关管S4和第六开关管S6承受的电压为0，第五开关管S5承受的电压为Uin+ug，第二二极管D2承受的电压为Uin，第一二极管D1承受的电压为Uin+ug，第二滤波电感电流iL2上升。
2)开关模态2
第三开关管S3和第六开关管S6开通，其他开关管都关断，第二开关管S2承受的电压为Uin+ug，第一开关管S1承受的电压为Uin，第四开关管S4承受的电压为ug，第五开关管S5承受的电压为0，第二二极管D2导通，第二滤波电感电流iL2下降。
Claims (5)
1.一种升降压并网逆变器，其特征在于，包括输入电源Uin、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2、第五开关管S5、第六开关管S6、第一开关单元1、第二开关单元2、滤波电路3和电网ug，其中第一开关单元1包括第三开关管S3和第一二极管D1，第二开关单元2包括第四开关管S4和第二二极管D2，滤波电路3包括滤波电感Lg、阻尼电阻Rd和滤波电容Cf；具体拓扑结构为：输入电源Uin的正极连接第一开关管S1的一端和第二开关管S2的一端，输入电源Uin的负极分别连接第一滤波电感L1的一端、第二滤波电感L2的一端、第三开关管S3的一端和第四开关管S4的一端，第一开关管S1的另一端连接第五开关管S5的一端和第一滤波电感L1的另一端，第五开关管S5的另一端分别连接第一二极管D1的阴极、滤波电感Lg的一端和阻尼电阻Rd的一端，第一二极管D1的阳极连接第三开关管S3的另一端，阻尼电阻Rd的另一端连接滤波电容Cf的一端，滤波电感Lg的另一端连接电网ug的正极，电网ug的负极分别连接滤波电容Cf的另一端、第六开关管S6的一端和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接第四开关管S4的另一端，第六开关管S6的另一端分别连接第二开关管S2的另一端和第二滤波电感L2的另一端；
电网电压ug小于等于零时，存在2种工作模态，具体如下：
1)开关模态1
第一开关管S1开通，其他开关管都关断，第二开关管S2承受的电压为Uin，第三开关管S3、第四开关管S4和第五开关管S5承受的电压为0，第六开关管S6承受的电压为Uin-ug，第一二极管D1承受的电压为Uin，第二二极管D2承受的电压为Uin-ug，第一滤波电感电流iL1负向增加；
2)开关模态2
第四开关管S4和第五开关管S5开通，其他开关管都关断，第一开关管S1承受的电压为Uin-ug，第二开关管S2承受的电压为Uin，第三开关管S3承受的电压为-ug，第六开关管S6承受的电压为0，第一二极管D1导通，第一滤波电感电流iL1负向减小；
电网电压ug大于零时，存在2种工作模态，具体如下：
1)开关模态1
第二开关管S2开通，其他开关管都关断，第一开关管S1承受的电压为Uin，第三开关管S3、第四开关管S4和第六开关管S6承受的电压为0，第五开关管S5承受的电压为Uin+ug，第二二极管D2承受的电压为Uin，第一二极管D1承受的电压为Uin+ug，第二滤波电感电流iL2上升；
2)开关模态2
第三开关管S3和第六开关管S6开通，其他开关管都关断，第二开关管S2承受的电压为Uin+ug，第一开关管S1承受的电压为Uin，第四开关管S4承受的电压为ug，第五开关管S5承受的电压为0，第二二极管D2导通，第二滤波电感电流iL2下降。
2.根据权利要求1所述的升降压并网逆变器，所述第一开关管S1和第五开关管S5驱动信号共地，第二开关管S2和第六开关管S6驱动信号共地。
3.根据权利要求1所述的升降压并网逆变器，所述第一～第六开关管为IGBT或MOSFET。
4.根据权利要求1所述的升降压并网逆变器，所述第一二极管和第二二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管。
5.根据权利要求1所述的升降压并网逆变器，所述输入电源Uin为蓄电池、燃料电池或光伏电池中的一种。
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