CN110212573A - 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序 - Google Patents

一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序 Download PDF

Info

Publication number
CN110212573A
CN110212573A CN201910443851.6A CN201910443851A CN110212573A CN 110212573 A CN110212573 A CN 110212573A CN 201910443851 A CN201910443851 A CN 201910443851A CN 110212573 A CN110212573 A CN 110212573A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auxiliary
power
switch
tube
switching tube
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
CN201910443851.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110212573B (zh
Inventor
肖华锋
王锐彬
程明
王政
花为
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910443851.6A priority Critical patent/CN110212573B/zh
Publication of CN110212573A publication Critical patent/CN110212573A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110212573B publication Critical patent/CN110212573B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H02J3/383—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4241—Arrangements for improving power factor of AC input using a resonant converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可全功率因数运行的零电流非隔离并网逆变器及其开关控制时序，其中，逆变器包括直流电容支路、高频主开关单元和谐振网络。本发明通过加入由全控开关、谐振电容、谐振电感和辅助续流二极管组成的谐振网络，配合开关控制时序，在电网电压与进网电流同相阶段，可实现主功率开关管S1～S4的零电流开通和零电流关断、辅助开关管S1a～S4a、S1b～S4b的零电流开通和零电流关断，以及辅助续流功率二极管Da1的零电压开通和零电流关断；电网电压与进网电流异相阶段，可以实现辅助开关管S1a～S4a的零电流开通、辅助续流功率二极管Da1的零电流开通和零电流关断。本发明在实现非隔离并网逆变器高频化和高效率的同时，可全功率因数范围运行。

Description

一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制 时序
技术领域
本发明属于高效并网逆变器拓扑技术领域，涉及一种可全功率因数运行的非隔离光伏并网逆变器的软开关技术。
背景技术
非隔离型光伏并网逆变器电路结构简单、变换效率高在业界得到大量应用。经研究发现，实现非隔离型并网逆变器(TLI)的高频化、小型化，关键在于降低其高频开关的开关损耗，软开关技术是解决该问题的有效方案。
现有的非隔离并网逆变器软开关技术主要适用于逆变器单位功率因数运行工况。随着光伏并网普及和接入比例的提高，学术界和工业界提出了实现高频柔性开关TLI非单位功率因数运行的技术需求。目前的高频柔性开关技术架构若直接应用于非单位功率因数运行工况，将破坏谐振腔的原有工作时序，使得部分区域内软开关条件丢失。
本发明构造新型谐振网络及其工作时序以适应并网功率因数的变化，使逆变器在保持软开关特性的同时具备无功输出能力，其变换效率和电网支撑能力同时得到了提升，满足了技术发展的要求。
发明内容
本发明的目的是为了构建一种可全功率因数运行的零电流转换全桥型非隔离并网逆变器及其相应的开关控制时序，以解决现有技术的上述不足。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可全功率因数运行的零电流转换全桥型非隔离并网逆变器，包括直流电容支路、高频主开关单元和谐振网络；直流电容支路由直流电容Cdc1组成；
高频主开关单元由第一功率开关管S1和第一功率二极管D1的并联组合、第二功率开关管S2和第二功率二极管D2的并联组合、第三功率开关管S3和第三功率二极管D3的并联组合和第四功率开关管S4和第四功率二极管D4的并联组合构成；
谐振网络由第一辅助功率开关管S1a和第二辅助功率开关管S1b的并联组合、第三辅助功率开关管S2a和第四辅助功率开关管S2b的并联组合、第五辅助功率开关管S3a和第六辅助功率开关管S3b的并联组合、第七辅助功率开关管S4a和第八辅助功率开关管S4b的并联组合、第一辅助谐振电容C1a、第一辅助谐振电感L1a、第二辅助谐振电容C2a、第二辅助谐振电感L2a、和第一辅助续流功率二极管Da1构成；
所述第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第一辅助功率开关管S1a、第二辅助功率开关管S1b、第三辅助功率开关管S2a、第四辅助功率开关管S2b、第五辅助功率开关管S3a、第六辅助功率开关管S3b、第七辅助功率开关管S4a、第八辅助功率开关管S4b为全控型器件；
所述直流电容Cdc1的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管S1和第三功率开关管S3的集电极、第一功率二极管D1和第三功率二极管D3的阴极以及第一辅助谐振电容C1a的第一端；直流电容Cdc1的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管S2和第四功率开关管S4的发射极、第二功率二极管D2和第四功率二极管D4的阳极以及第二辅助谐振电容C2a的第一端；
所述第一功率开关管S1的发射极分别与第一功率二极管D1的阳极、第一辅助功率开关管S1a的发射极、第二辅助功率开关管S1b的集电极、第二功率开关管S2的集电极、第二功率二极管D2的阴极、第三辅助功率开关管S2a的集电极、第四辅助功率开关管S2b的发射极相连接，以及连接第一进网滤波电感L1的一端；第三功率开关管S3的发射极分别与第三功率二极管D3的阳极、第五辅助功率开关管S3a的发射极、第六辅助功率开关管S3b的集电极、第四功率开关管S4的集电极、第四功率二极管D4的阴极、第七辅助功率开关管S4a的集电极、第八辅助功率开关管S4b的发射极相连接，以及连接第二进网滤波电感L2的一端；
所述第一辅助功率开关管S1a的集电极分别与第二辅助功率开关管S1b的发射极、第五辅助功率开关管S3a的集电极、第六辅助功率开关管S3b的发射极和第一辅助谐振电感L1a的第一端相连接；第三辅助功率开关管S2a的发射极分别与第四辅助功率开关管S2b的集电极、第七辅助功率开关管S4a的发射极、第八辅助功率开关管S4b的集电极和第二辅助谐振电感L2a的第一端相连接；
所述第一辅助谐振电容C1a的第二端与第一辅助谐振电感L1a的第二端、第一辅助续流功率二极管Da1的阴极相连接；第二辅助谐振电容C2a的第二端与第二辅助谐振电感L2a的第二端、第一辅助续流功率二极管Da1的阳极相连接；
一种基于上述零电流型非隔离并网逆变器的开关控制时序，具体过程如下：
以调制波过零点和参考电流过零点为分界点进行区域划分，每个工频周期被分为四个区域，不同区域内的开关控制时序不同；
逆变器非单位功率因数运行工况下，SPWM调制波相位和幅值A′与参考电流相位的对应关系分别为：
其中，L为滤波电感值，A为参考电流幅值，ω为电网电压角频率，Vp为载波幅值，UPV为逆变器输入直流电压。
在调制波与参考电流同相及异相区域，均对调制波设置相应的补偿量以抵偿谐振网络工作过程对逆变器输出差模电压的影响；
调制波正半周，第一功率开关S1和第四功率开关S4为主开关管按SPWM方式高频动作；调制波负半周，第二功率开关S2和第三功率开关S3为主开关管按SPWM方式高频动作。各区域的具体开关控制时序如下：
在调制波为正且参考电流为正的区域，第一功率开关管S1和第四功率开关管S4具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管S1a和第七辅助功率开关管S4a具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管S1和第四功率开关管S4准互补的方式高频动作，而且第一辅助开关S1a的导通开始阶段与第一功率开关管S1的导通末尾阶段有交叠区、第七辅助开关S4a的导通末尾阶段与第四功率开关管S4的导通开始阶段有交叠区；第二辅助功率开关管S1b和第八辅助功率开关管S4b具有相同的驱动时序，并且第二辅助开关S1b的导通时刻为第一辅助开关管S1a的关断时刻；第三辅助开关管S2a、第四辅助开关管S2b、第五辅助开关管S3a、第六辅助开关管S3b一直关断。
在调制波为负且参考电流为负的区域，第二功率开关管S2和第三功率开关管S3具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管S2a和第五辅助功率开关管S3a具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管S2和第三功率开关管S3准互补的方式高频动作，而且第三辅助开关S2a的导通开始阶段与第二功率开关管S2的导通末尾阶段有交叠区、第五辅助开关S3a的导通末尾阶段与第三功率开关管S3的导通开始阶段有交叠区；第四辅助功率开关管S2b和第六辅助功率开关管S3b具有相同的驱动时序，并且第四辅助开关S2b的导通时刻为第三辅助开关管S2a的关断时刻；第一辅助开关管S1a、第二辅助开关管S1b、第七辅助开关管S4a、第八辅助开关管S4b一直关断。
在调制波为正且参考电流为负的区域，第一功率开关管S1和第四功率开关管S4具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管S2a和第五辅助功率开关管S3a具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管S1和第四功率开关管S4准互补的方式高频动作，其开通时刻为第一功率开关管S1的关断时刻，其关断时刻提前于第一功率开关管S1的开通时刻；第一辅助开关管S1a和第七辅助开关管S4a具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第三辅助开关管S2a的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第一功率开关管S1的开通时刻；第二辅助开关管S1b、第四辅助开关管S2b、第六辅助开关管S3b、第八辅助开关管S4b一直关断。
在调制波为负且参考电流为正的区域，第二功率开关管S2和第三功率开关管S3具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管S1a和第七辅助功率开关管S4a具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管S2和第三功率开关管S3准互补的方式高频动作，其开通时刻为第二功率开关管S2的关断时刻，其关断时刻提前于第二功率开关管S2的开通时刻；第三辅助开关管S2a和第五辅助开关管S3a具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第一辅助开关管S1a的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第二功率开关管S2的开通时刻；第二辅助开关管S1b、第四辅助开关管S2b、第六辅助开关管S3b、第八辅助开关管S4b一直关断。
有益效果：
本发明通过加入两组由全控开关、谐振电容和谐振电感组成的谐振网络以及辅助续流二极管构成实现零电流转换的辅助支路，配合上述开关控制时序，可实现逆变器在全功率因数范围内的运行；在电网电压与进网电流同相阶段，可实现主功率开关管S1～S4的零电流开通和零电流关断、辅助开关管S1a～S4a和S1b～S4b的零电流开通和零电流关断，以及实现辅助续流功率二极管Da1的零电压开通和零电流关断；电网电压与进网电流异相阶段，可以实现辅助开关管S1a～S4a的零电流开通，以及实现辅助续流功率二极管Da1的零电流开通和零电流关断。本发明在实现非隔离并网逆变器高频化和高效率的同时，使其拥有更宽的功率因数运行范围。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的主电路示意图，采用普通IGBT和RB-IGBT组合的电路图。
图2(a)是本发明实施例一提供的驱动信号时序，图2(b)是调制波相位与参考电流相位的关系曲线，图2(c)是本发明在调制波为正且参考电流为正区域内高频开关周期刻度的理论工作波形图，图2(d)是本发明在调制波为正且参考电流为负区域内高频开关周期刻度的理论工作波形图。
图3(a)至图3(i)是本发明实施例一在调制波为正且参考电流为正的区域内高频开关周期刻度的等效工作模态图，其中，图3(a)为模态1的示意图；图3(b)为模态2的示意图；图3(c)为模态3的示意图；图3(d)为模态4的示意图；图3(e)为模态5的示意图；图3(f)为模态6的示意图；图3(g)为模态7的示意图；图3(h)为模态8的示意图；图3(i)为模态9的示意图。
图4是本发明实施例一中调制波为正且参考电流为正的区域内谐振网络的工作波形图。
图5(a)至图5(d)是本发明实施例一中调制波为正且参考电流为正的区域内主要功率器件的工作波形图，其中，图5(a)主开关S1的工作波形；图5(b)辅助开关S1a和S4a的工作波形；图5(c)辅助开关S1b和S4b的工作波形；图5(d)辅助续流二极管Da1的工作波形。
图6(a)至图6(d)是本发明实施例一在调制波为正且参考电流为负的区域内高频开关周期刻度的等效工作模态图，其中，图6(a)为模态1的示意图；图6(b)为模态2的示意图；图6(c)为模态3的示意图；图6(d)为模态4的示意图。
图7是本发明实施例一中调制波为正且参考电流为负的区域内谐振网络的工作波形图。
图8(a)至图8(d)是本发明实施例一中调制波为正且参考电流为负区域内主要功率器件的工作波形图，其中，图8(a)二极管D1和D4的工作波形；图8(b)辅助开关S2a和S3a的工作波形；图8(c)辅助开关S1a和S4a的工作波形；图8(d)辅助续流二极管Da1工作波形。
图9(a)是非单位功率因数(电流超前)运行工况下电网电压和进网电流波形，图9(b)是单位功率因数运行工况下电网电压和进网电流波形，图9(c)是非单位功率因数(电流滞后)运行工况下电网电压和进网电流波形。
图10是基于本发明加入共模电压箝位支路的电路结构图。
图11是基于本发明应用于H5拓扑得到的电路结构图。
图12是基于本发明应用于H6-Ⅰ拓扑得到的电路结构图。
图13是本发明应用于H6-Ⅱ拓扑得到的电路结构图。
上述附图的主要符号及标号名称：Cdc1、Cdc2——直流电容；S1～S4、S1a～S4a、S1b～S4b——功率开关管及驱动信号；D1～D4——功率二极管；Da1、Da2——辅助续流箝位功率二极管；Grid,ug——电网电压；Upv——太阳能电池板输出电压；L1、L2——进网滤波电感；C1——进网滤波电容；ig——进网电流；——功率因数角；um——调制波。
具体实施方式
下面结合符合和具体实施例对本发明做进一步地阐述。
如图1所示，本发明一种可全功率因数运行的零电流转换全桥型非隔离并网逆变器通过两组谐振网络，实现了不同功率因数运行工况下电网电压和进网电流同相与异相区域功率器件开通关断过程的软化，以减弱硬开关产生的开关损耗和电磁干扰等问题。
实施例1：
图1描述了本发明实施例一主电路的构成方式，由直流电容Cdc组成直流电容支路1；
由第一功率开关管S1和第一功率二极管D1的并联组合、第二功率开关管S2和第二功率二极管D2的并联组合、第三功率开关管S3和第三功率二极管D3的并联组合和第四功率开关管S4和第四功率二极管D4的并联组合构成高频主开关单元2；
由第一辅助功率开关管S1a和第二辅助功率开关管S1b的并联组合、第三辅助功率开关管S2a和第四辅助功率开关管S2b的并联组合、第五辅助功率开关管S3a和第六辅助功率开关管S3b的并联组合、第七辅助功率开关管S4a和第八辅助功率开关管S4b的并联组合、第一辅助谐振电容C1a、第一辅助谐振电感L1a、第二辅助谐振电容C2a、第二辅助谐振电感L2a、和第一辅助续流功率二极管Da1构成谐振网络3；
图2(a)是本发明实施例一的驱动信号时序，以调制波过零点和参考电流过零点为分界点将每个工频周期被分为四个区域，不同区域内的开关控制时序不同；
逆变器非单位功率因数运行工况下，SPWM调制波相位和幅值A′与参考电流相位的对应关系分别为：
其中，L为滤波电感值，A为参考电流幅值，ω为电网电压角频率，Vp为载波幅值，UPV为逆变器输入直流电压。
图2(a)中在调制波与参考电流同相及异相区域，均对调制波设置相应的补偿量以抵偿谐振网络工作过程对逆变器输出差模电压的影响；
调制波正半周，第一功率开关S1和第四功率开关S4为主开关管按SPWM方式高频动作；调制波负半周，第二功率开关S2和第三功率开关S3为主开关管按SPWM方式高频动作。各区域的具体开关控制时序如下：
在调制波为正且参考电流为正的区域，第一功率开关管S1和第四功率开关管S4具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管S1a和第七辅助功率开关管S4a具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管S1和第四功率开关管S4准互补的方式高频动作，而且第一辅助开关S1a的导通开始阶段与第一功率开关管S1的导通末尾阶段有交叠区、第七辅助开关S4a的导通末尾阶段与第四功率开关管S4的导通开始阶段有交叠区；第二辅助功率开关管S1b和第八辅助功率开关管S4b具有相同的驱动时序，并且第二辅助开关S1b的导通时刻为第一辅助开关管S1a的关断时刻；第三辅助开关管S2a、第四辅助开关管S2b、第五辅助开关管S3a、第六辅助开关管S3b一直关断。
在调制波为负且参考电流为负的区域，第二功率开关管S2和第三功率开关管S3具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管S2a和第五辅助功率开关管S3a具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管S2和第三功率开关管S3准互补的方式高频动作，而且第三辅助开关S2a的导通开始阶段与第二功率开关管S2的导通末尾阶段有交叠区、第五辅助开关S3a的导通末尾阶段与第三功率开关管S3的导通开始阶段有交叠区；第四辅助功率开关管S2b和第六辅助功率开关管S3b具有相同的驱动时序，并且第四辅助开关S2b的导通时刻为第三辅助开关管S2a的关断时刻；第一辅助开关管S1a、第二辅助开关管S1b、第七辅助开关管S4a、第八辅助开关管S4b一直关断。
在调制波为正且参考电流为负的区域，第一功率开关管S1和第四功率开关管S4具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管S2a和第五辅助功率开关管S3a具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管S1和第四功率开关管S4准互补的方式高频动作，其开通时刻为第一功率开关管S1的关断时刻，其关断时刻提前于第一功率开关管S1的开通时刻；第一辅助开关管S1a和第七辅助开关管S4a具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第三辅助开关管S2a的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第一功率开关管S1的开通时刻；第二辅助开关管S1b、第四辅助开关管S2b、第六辅助开关管S3b、第八辅助开关管S4b一直关断。
在调制波为负且参考电流为正的区域，第二功率开关管S2和第三功率开关管S3具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管S1a和第七辅助功率开关管S4a具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管S2和第三功率开关管S3准互补的方式高频动作，其开通时刻为第二功率开关管S2的关断时刻，其关断时刻提前于第二功率开关管S2的开通时刻；第三辅助开关管S2a和第五辅助开关管S3a具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第一辅助开关管S1a的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第二功率开关管S2的开通时刻；第二辅助开关管S1b、第四辅助开关管S2b、第六辅助开关管S3b、第八辅助开关管S4b一直关断。
图3(a)至图3(i)是本发明实施例1在调制波为正且参考电流为正的区域内高频开关周期刻度的等效工作模态图。图6(a)至图6(d)是在调制波为正且参考电流为负的区域内高频开关周期刻度的等效工作模态图。
本实施例1的一个具体实例如下：电池板电压Upv＝400V、电网电压ug＝220VRMS、电网频率fg＝50Hz、额定功率PN＝3kW、直流母线电容Cdc1＝Cdc2＝470μF；滤波电感L1＝L2＝0.5mH；滤波电容C1＝4.7μF；电池板对地寄生电容Cpv1＝Cpv2＝0.15μF；开关频率f＝50kHz、谐振参数Lr＝6.8μH、Cr＝100nF。
图4是本发明实施例1中调制波为正且参考电流为正的区域内谐振网络的工作波形图。
图5(a)至图5(d)是本发明实施例1中调制波为正且参考电流为正的区域内主要功率器件的工作波形图，其中，图5(a)主开关S1的工作波形；图5(b)辅助开关S1a和S4a的工作波形；图5(c)辅助开关S1b和S4b的工作波形；图5(d)辅助续流二极管Da1的工作波形。
图7是本发明实施例1中调制波为正且参考电流为负的区域内谐振网络的工作波形图。
图8(a)至图8(d)是本发明实施例1中调制波为正且参考电流为负的区域内主要功率器件的工作波形图，其中，图8(a)二极管D1和D4的工作波形；图8(b)辅助开关S2a和S3a的工作波形；图8(c)辅助开关S1a和S4a的工作波形；图8(d)辅助续流二极管Da1的工作波形。
从图4和图5中所有的仿真波形图中可知与图2(c)中的理论工作波形一致,本发明实现了主功率开关管S1～S4的零电流开通和零电流关断条件、实现辅助开关管S1b～S4b和S1c～S4c的零电流开通和零电流关断条件，以及实现辅助续流功率二极管Da1的零电压开通和零电流关断；
从图7和图8中所有的仿真波形图中可知与图2(d)中的理论工作波形一致,本发明实现了辅助开关管S1a～S4a的零电流开通，以及实现辅助续流功率二极管Da1的零电流开通和零电流关断。
图9是本发明实施例1中单位功率因数和非单位功率因数运行工况下电网电压和进网电流波形。本发明使光伏并网逆变器拥有了更宽的功率因数运行范围。
实施例2：
图10是本发明实施例1的基础上加入共模电压箝位支路的电路结构图，在电容支路上增加一个电容Cdc2与电容Cdc1串联,在谐振网络中增加一个功率二极管Da2与辅助续流二极管Da1串联,增加的电容Cdc2的负极连接太阳能电池的负极，电容Cdc1的负极连接功率二极管Da1的阳极,增加的功率二极管Da2的阳极连接第二辅助谐振电感L2a的第二端；从而可以实现续流阶段共模电压箝位至输入电压的一半,保证消除漏电流。
实施例3：
图11是基于本发明应用于H5拓扑得到的电路结构图。其中，第五功率开关管S5及第五功率二极管D5连接了直流母线正端和逆变器上桥臂功率开关管。第五功率开关管S5的集电极连接直流电容Cdc1的正端和第五功率二极管D5的阴极；第五功率开关管S5的发射极连接第五功率二极管D5的阳极和第一功率开关管S1、第三功率开关管S3的集电极。
实施例4：
图12是基于本发明应用于H6-Ⅰ拓扑得到的电路结构图。其中，第五功率开关管S5及第五功率二极管D5连接了直流母线正端和逆变器上桥臂功率开关管；第六功率开关管S6及第六功率二极管D6连接了直流母线负端和逆变器下桥臂功率开关管。第五功率开关管S5的集电极连接直流电容Cdc1的正端和第五功率二极管D5的阴极；第五功率开关管S5的发射极连接第五功率二极管D5的阳极和第一功率开关管S1、第三功率开关管S3的集电极。第六功率开关管S6的发射极连接直流电容Cdc2的负端和第六功率二极管D6的阳极；第六功率开关管S6的集电极连接第六功率二极管D6的阴极和第二功率开关管S2、第四功率开关管S4的发射极。
实施例5：
图13是本发明应用于H6-Ⅱ拓扑得到的电路结构图。第五功率开关管S5及第五功率二极管D5与第一功率开关管S1、第二功率开关管S2位于同一桥臂，且S5集电极连接第一功率开关管S1发射极，S5发射极连接第二功率开关管S2集电极。第六功率开关管S6及第六功率二极管D6与第三功率开关管S3、第四功率开关管S4位于同一桥臂，且S6集电极连接第三功率开关管S3发射极，S6发射极连接第四功率开关管S4集电极。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器，其特征在于：包括直流电容支路（1）、高频主开关单元（2）和谐振网络（3）。
2.如权利要求1所述的功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器，其特征在于：
直流电容支路（1）由直流电容(Cdc1)组成；
高频主开关单元（2）由第一功率开关管(S1)和第一功率二极管(D1)的并联组合、第二功率开关管(S2)和第二功率二极管(D2)的并联组合、第三功率开关管(S3)和第三功率二极管(D3)的并联组合和第四功率开关管(S4)和第四功率二极管(D4)的并联组合构成；
谐振网络（3）由第一辅助功率开关管(S1a)和第二辅助功率开关管(S1b)的并联组合、第三辅助功率开关管(S2a)和第四辅助功率开关管(S2b)的并联组合、第五辅助功率开关管(S3a)和第六辅助功率开关管(S3b)的并联组合、第七辅助功率开关管(S4a)和第八辅助功率开关管(S4b)的并联组合、第一辅助谐振电容(C 1a)、第一辅助谐振电感(L 1a)、第二辅助谐振电容(C 2a)、第二辅助谐振电感(L 2a)、和第一辅助续流功率二极管(Da1)构成；
所述第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第一辅助功率开关管(S1a)、第二辅助功率开关管(S1b)、第三辅助功率开关管(S2a)、第四辅助功率开关管(S2b)、第五辅助功率开关管(S3a)、第六辅助功率开关管(S3b)、第七辅助功率开关管(S4a)、第八辅助功率开关管(S4b)为全控型器件；
所述直流电容(Cdc1)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S1)和第三功率开关管(S3)的集电极、第一功率二极管(D1)和第三功率二极管(D3)的阴极以及第一辅助谐振电容(C 1a)的第一端；直流电容(Cdc1)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管(S2)和第四功率开关管(S4)的发射极、第二功率二极管(D2)和第四功率二极管(D4)的阳极以及第二辅助谐振电容(C 2a)的第一端；
所述第一功率开关管(S1)的发射极分别与第一功率二极管(D1)的阳极、第一辅助功率开关管(S1a)的发射极、第二辅助功率开关管(S1b)的集电极、第二功率开关管(S2)的集电极、第二功率二极管(D2)的阴极、第三辅助功率开关管(S2a)的集电极、第四辅助功率开关管(S2b)的发射极相连接，以及连接第一进网滤波电感(L 1)的一端；第三功率开关管(S3)的发射极分别与第三功率二极管(D3)的阳极、第五辅助功率开关管(S3a)的发射极、第六辅助功率开关管(S3b)的集电极、第四功率开关管(S4)的集电极、第四功率二极管(D4)的阴极、第七辅助功率开关管(S4a)的集电极、第八辅助功率开关管(S4b)的发射极相连接，以及连接第二进网滤波电感(L 2)的一端；
所述第一辅助功率开关管(S1a)的集电极分别与第二辅助功率开关管(S1b)的发射极、第五辅助功率开关管(S3a)的集电极、第六辅助功率开关管(S3b)的发射极和第一辅助谐振电感(L 1a)的第一端相连接；第三辅助功率开关管(S2a)的发射极分别与第四辅助功率开关管(S2b)的集电极、第七辅助功率开关管(S4a)的发射极、第八辅助功率开关管(S4b)的集电极和第二辅助谐振电感(L 2a)的第一端相连接；
所述第一辅助谐振电容(C 1a)的第二端与第一辅助谐振电感(L 1a)的第二端、第一辅助续流功率二极管(Da1)的阴极相连接；第二辅助谐振电容(C 2a)的第二端与第二辅助谐振电感(L 2a)的第二端、第一辅助续流功率二极管(Da1)的阳极相连接。
3.一种基于权利要求2所述功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器的开关控制时序，其特征在于：
以调制波过零点和参考电流过零点为分界点进行区域划分，每个工频周期被分为四个区域，不同区域内的开关控制时序不同；
逆变器非单位功率因数运行工况下，SPWM调制波相位和幅值与参考电流相位的对应关系分别为：
其中，为滤波电感值，为参考电流幅值，为电网电压角频率，为载波幅值，为逆变器输入直流电压；
在调制波与参考电流同相区域，对调制波设置相应的补偿量以抵偿谐振网络工作过程对逆变器输出差模电压的影响；
调制波正半周，第一功率开关管(S1)和第四功率开关管(S4)为主开关管按SPWM方式高频动作；调制波负半周，第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)为主开关管按SPWM方式高频动作，各区域的具体开关控制时序如下：
在调制波为正且参考电流为正的区域，第一功率开关管(S1)和第四功率开关管(S4)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管(S1a)和第七辅助功率开关管(S4a)具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管(S1)和第四功率开关管(S4)准互补的方式高频动作，而且第一辅助开关(S1a)的导通开始阶段与第一功率开关管(S1)的导通末尾阶段有交叠区、第七辅助开关(S4a)的导通末尾阶段与第四功率开关管(S4)的导通开始阶段有交叠区；第二辅助功率开关管(S1b)和第八辅助功率开关管(S4b)具有相同的驱动时序，并且第二辅助开关(S1b)的导通时刻为第一辅助开关管(S1a)的关断时刻；第三辅助开关管(S2a)、第四辅助开关管(S2b)、第五辅助开关管(S3a)、第六辅助开关管(S3b)一直关断；
在调制波为负且参考电流为负的区域，第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管(S2a)和第五辅助功率开关管(S3a)具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)准互补的方式高频动作，而且第三辅助开关(S2a)的导通开始阶段与第二功率开关管(S2)的导通末尾阶段有交叠区、第五辅助开关(S3a)的导通末尾阶段与第三功率开关管(S3)的导通开始阶段有交叠区；第四辅助功率开关管(S2b)和第六辅助功率开关管(S3b)具有相同的驱动时序，并且第四辅助开关(S2b)的导通时刻为第三辅助开关管(S2a)的关断时刻；第一辅助开关管(S1a)、第二辅助开关管(S1b)、第七辅助开关管(S4a)、第八辅助开关管(S4b)一直关断；
在调制波为正且参考电流为负的区域，第一功率开关管(S1)和第四功率开关管(S4)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管(S2a)和第五辅助功率开关管(S3a)具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管(S1)和第四功率开关管(S4)准互补的方式高频动作，其开通时刻为第一功率开关管(S1)的关断时刻，其关断时刻提前于第一功率开关管(S1)的开通时刻；第一辅助开关管(S1a)和第七辅助开关管(S4a)具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第三辅助开关管(S2a)的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第一功率开关管(S1)的开通时刻；第二辅助开关管(S1b)、第四辅助开关管(S2b)、第六辅助开关管(S3b)、第八辅助开关管(S4b)一直关断；
在调制波为负且参考电流为正的区域，第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管(S1a)和第七辅助功率开关管(S4a)具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管(S2)和第三功率开关管(S3)准互补的方式高频动作，其开通时刻为第二功率开关管(S2)的关断时刻，其关断时刻提前于第二功率开关管(S2)的开通时刻；第三辅助开关管(S2a)和第五辅助开关管(S3a)具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第一辅助开关管(S1a)的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第二功率开关管(S2)的开通时刻；第二辅助开关管(S1b)、第四辅助开关管(S2b)、第六辅助开关管(S3b)、第八辅助开关管(S4b)一直关断。
CN201910443851.6A 2019-05-27 2019-05-27 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序 Active CN110212573B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910443851.6A CN110212573B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910443851.6A CN110212573B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110212573A true CN110212573A (zh) 2019-09-06
CN110212573B CN110212573B (zh) 2022-05-13

Family

ID=67788831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910443851.6A Active CN110212573B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110212573B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI826234B (zh) * 2022-08-31 2023-12-11 立錡科技股份有限公司 諧振切換電容式電壓轉換器及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199727A (zh) * 2013-04-17 2013-07-10 东南大学 一种零电流转换全桥型非隔离光伏并网逆变器
CN203747686U (zh) * 2014-02-20 2014-07-30 南京冠亚电源设备有限公司 一种单相混合三电平并网逆变器
CN104242716A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 东南大学 高可靠无开关损耗型非隔离逆变器及其开关控制时序
CN104242719A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 东南大学 无开关损耗型全桥非隔离光伏并网逆变器及开关控制时序
CN105978020A (zh) * 2016-04-25 2016-09-28 中南大学 非隔离交流旁路型单相并网逆变器的优化调制方法及系统
US20160329828A1 (en) * 2014-11-25 2016-11-10 Northeastern University A Double Auxiliary Resonant Commutated Pole Three-Phase Soft-Switching Inverter Circuit and Modulation Method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199727A (zh) * 2013-04-17 2013-07-10 东南大学 一种零电流转换全桥型非隔离光伏并网逆变器
CN203747686U (zh) * 2014-02-20 2014-07-30 南京冠亚电源设备有限公司 一种单相混合三电平并网逆变器
CN104242716A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 东南大学 高可靠无开关损耗型非隔离逆变器及其开关控制时序
CN104242719A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 东南大学 无开关损耗型全桥非隔离光伏并网逆变器及开关控制时序
US20160329828A1 (en) * 2014-11-25 2016-11-10 Northeastern University A Double Auxiliary Resonant Commutated Pole Three-Phase Soft-Switching Inverter Circuit and Modulation Method
CN105978020A (zh) * 2016-04-25 2016-09-28 中南大学 非隔离交流旁路型单相并网逆变器的优化调制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI826234B (zh) * 2022-08-31 2023-12-11 立錡科技股份有限公司 諧振切換電容式電壓轉換器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110212573B (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103199727B (zh) 一种零电流转换全桥型非隔离光伏并网逆变器
CN201918915U (zh) Dc到ac变换器
CN108173441A (zh) 串联同时供电正激直流斩波型单级多输入高频环节逆变器
CN103051233B (zh) 一种非隔离型单相光伏并网逆变器及其开关控制时序
CN103178739B (zh) 一种零电压转换全桥型非隔离光伏并网逆变器
CN104242719B (zh) 无开关损耗型全桥非隔离光伏并网逆变器及开关控制时序
CN102005954B (zh) 单相非隔离型光伏并网逆变器及控制方法
CN104270022B (zh) 一种光伏并网逆变电路、开关控制电路及控制方法
CN104377982B (zh) 一种零电压开关Heric型非隔离光伏并网逆变器
CN102185514A (zh) 一种单相三电平逆变器
CN101951186A (zh) 附加续流通路的软开关三相并网逆变器
CN104242716B (zh) 高可靠无开关损耗型非隔离逆变器及其开关控制时序
CN110198131A (zh) 一种可全功率因数运行的无开关损耗型非隔离逆变器
CN109194175A (zh) 一种共地型无漏电流非隔离光伏并网逆变电路及控制方法
CN108736756A (zh) 一种改进型双辅助谐振极型三相软开关逆变电路
CN107959435A (zh) 带储能设备的同时供电反激周波变换型单级多输入逆变器
CN104796019B (zh) 一种z源三电平pwm整流器及其控制方法
CN111900894B (zh) 可全功率因数运行零电压转换非隔离并网逆变器的开关控制方法
CN103888013B (zh) 基于高频交流降压理论的微型逆变器及其数字控制装置
CN102403922A (zh) Dc/ac并网逆变电路及功率因数调节方法
CN110212573A (zh) 一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序
CN107834888A (zh) 一种电压混合钳位的无变压器型单相光伏逆变器
CN204859029U (zh) 一种新型单相光伏逆变漏电流抑制拓扑结构
CN107404249A (zh) 一种低漏电流并网逆变电路及其控制方法
CN102163924B (zh) 电流型阻抗源交流/交流变频器及其控制回路的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant