CN112421951B - 单相非隔离型逆变器及其控制方法 - Google Patents

单相非隔离型逆变器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单相非隔离型逆变器及其控制方法，每路直流输入电源均连接一路前级boost单元，各路前级boost单元的输出并联连接到母线电容和后级逆变单元。调制单元能够实时获取输入电压值、负载电压值，根据预设的负载周期以及输入电压值、负载电压值控制前级boost单元和后级逆变单元分时或部分分时工作在高频调制状态。各路所述前级boost单元输出并联，拓宽了电压范围，而且优化的母线电容设计，避免了传统两级式逆变器需要大电解电容实现解耦，减小电容容值，提高了电容的寿命，在调制单元的控制下前级boost单元和后级逆变单元不需要同时工作在高频调制状态，减小了逆变器可控开关整体的开关损耗，提高了效率。

Description

单相非隔离型逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种单相非隔离型逆变器及其控制方法。
背景技术
单相非隔离型逆变器具有体积小、重量轻、效率高等优势，广泛应用于光伏发电、储能等涉及电力变换的各个领域。目前，单相非隔离型逆变器存在单级式和两级式两种结构。传统单级式非隔离型逆变器，其输入电压范围受限，导致功率能量等级受限；而传统两级式非隔离型逆变器，其两级之间需要大电容进行能量解耦控制，限制了其使用寿命和功率密度，同时两级电路需同时工作在高频调制状态，导致系统整体的开关损耗大，使得系统的效率受到影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单相非隔离型逆变器及其控制方法，以克服目前传统单级式非隔离型逆变器，其输入电压范围受限，导致功率能量等级受限；而传统两级式非隔离型逆变器，系统整体的开关损耗大，使得系统的效率受到影响的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种单相非隔离型逆变器，应用于包括至少两路直流输入电源的电路中，所述单相非隔离型逆变器包括：前级boost单元、后级逆变单元、母线电容和调制单元；其中，每路所述直流输入电源均连接一路所述前级boost单元；
各路所述前级boost单元的输出并联连接，且各路所述前级boost单元的第一输出端同时连接所述母线电容第一端和所述后级逆变单元第一输入端，各路所述前级boost单元的第二输出端同时连接所述母线电容第二端和所述后级逆变单元第二输入端；
所述后级逆变单元输出与负载单元相连；所述调制单元与所述后级逆变单元的若干控制端、所有路所述前级boost单元的控制端相连；
所述调制单元，用于实时获取所有路所述直流输入电源的输入电压值和所述负载单元的负载电压值，根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制所述前级boost单元和所述后级逆变单元的工作状态，以使所述前级boost单元和所述后级逆变单元分时或部分分时工作在高频调制状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，每路所述前级boost单元均包括前级电感、前级二极管和前级可控开关；
所述前级电感的第一端与对应路的所述直流输入电源的正极相连，所述前级电感的第二端同时与对应路的所述前级二极管的阳极、对应路的所述前级可控开关的第一端相连，对应路的所述前级可控开关的第二端与对应路的所述直流输入电源的负极相连并同时作为对应路的所述前级boost单元的第二输出端，对应路的所述前级二极管的阴极作为对应路的所述前级boost单元的第一输出端，各路所述前级boost单元中的前级可控开关的第三端作为所述前级boost单元的若干控制端。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，每路所述直流输入电源还均连接一个滤波单元；
每个所述滤波单元均包括滤波电容，所述滤波电容与对应路的所述直流输入电源并联连接；和/或
所述负载单元包括滤波电感和用于连接负载的负载接口；
所述滤波电感的第一端连接所述后级逆变单元的第一输出端，所述滤波电感的第二端与所述负载接口的第一端相连；
所述负载接口的第二端连接所述后级逆变单元的第二输出端。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，所述后级逆变单元包括第一逆变可控开关至第四逆变可控开关；
所述第一逆变可控开关的第一端和所述第三逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元第一输入端；
所述第二逆变可控开关的第二端和所述第四逆变可控开关的第二端相连，并作为所述后级逆变单元第二输入端；
所述第一逆变可控开关的第二端和所述第二逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元的第一输出端；
所述第三逆变可控开关的第二端和所述第四逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元的第二输出端；
所述第一逆变可控开关至第四逆变可控开关的第三端作为所述后级逆变单元的所述若干控制端，与所述调制单元相连。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，所述调制单元，用于若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，则确定所有路所述输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的所述前级可控开关工作，以使每路所述前级boost单元输出的电压值均为所述目标电压值。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，所述最大的电压值对应路的所述前级boost单元中的前级可控开关不工作。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，所述调制单元还用于，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在高频调制状态；若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在高频调制状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，所述调制单元还用于，若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，则向各路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制各路所述前级boost单元中的所述前级可控开关工作在高频调制状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，所述调制单元还用于，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在负载频率状态；若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在负载频率状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器，若所述负载处于正半周，所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关不工作；若所述负载处于负半周，所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关不工作。
本发明还提供了一种单相非隔离型逆变器的控制方法所述控制方法应用于以上任一项所述的单相非隔离型逆变器，所述控制方法包括：
实时获取所有路直流输入电源的输入电压值和负载单元的负载电压值；
根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，使所述前级boost单元和所述后级逆变单元分时或部分分时工作在高频调制状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器的控制方法，所述根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，包括：
若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，则确定所有路所述输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的所述前级可控开关工作，以使每路前级boost单元输出的电压值均为所述目标电压值；和/或
若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，则向各路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制各路所述前级boost单元中的所述前级可控开关工作在高频调制状态。
进一步地，以上所述的单相非隔离型逆变器的控制方法，所述根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，进一步包括：
若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，若所述负载处于正半周，向第一逆变可控开关和第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在高频调制状态；若所述负载处于负半周，向第二逆变可控开关和第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在高频调制状态；和/或
若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在负载频率状态，若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在负载频率状态。
本申请的方案提供的单相非隔离型逆变器及其控制方法，应用于包括至少两路直流输入电源的光伏发电电路中，包括后级逆变单元、调制单元、前级boost单元和母线电容，每路直流输入电源均对应一路并联的前级boost单元。其中，调制单元能够实时获取所有直流输入电源的输入电压值和负载单元的负载电压值，根据输入电压值、负载电压值和预设的周期，控制前级boost单元中的可控开关和后级逆变单元的工作状态。本发明的技术方案前级采用前级boost单元交错并联，输入电压范围宽，在减小直流侧输出的纹波的同时，提高了系统稳定性，而且优化的母线电容设计，克服了传统两级式逆变器需要大电解电容承担解耦作用，减小电容容值，减小了电容体积，从而提高电容的寿命，提高逆变器的功率密度和效率，前级boost和后级逆变单元不需要同时工作在高频调制状态，减小了逆变器开关管整体的开关损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明单相非隔离型逆变器一种实施例提供的电路图；
图2是本发明单相非隔离型逆变器另一种实施例提供的电路图；
图3是图2所示的电路的一种工作情况对应的电压关系图；
图4是图2所示的电路的另一种工作情况对应的电压关系图；
图5是图2所示的电路的另一种工作情况对应的电压关系图；
图6是本发明单相非隔离型逆变器另一种实施例提供的电路图；
图7是本发明单相非隔离型逆变器的控制方法一种实施例提供的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例
图1是本发明单相非隔离型逆变器一种实施例提供的电路图。参见图1，本实施例的单相非隔离型逆变器，应用于包括至少两路直流输入电源的电路中。单相非隔离型逆变器包括：后级逆变单元11、调制单元、前级boost单元12和母线电容Cbus。其中，每路直流输入电源均连接一路前级boost单元。
本实施例中，各路前级boost单元的输出并联连接，且各路前级boost单元的第一输出端同时连接母线电容第一端和后级逆变单元第一输入端，各路前级boost单元的第二输出端同时连接母线电容第二端和后级逆变单元第二输入端，后级逆变单元输出与负载单元相连；调制单元与后级逆变单元的若干控制端、所有路前级boost单元的控制端相连。
调制单元用于实时获取所有路直流输入电源的输入电压值和负载单元的负载电压值，根据输入电压值、负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元12和后级逆变单元11的工作状态，以使前级boost单元12和后级逆变单元11分时或部分分时工作在高频调制状态。
进一步地，每路前级boost单元均包括前级电感、前级二极管和前级可控开关。如图1所示，本实施例包括第一直流输入电源Vin1，第二直流输入电源Vin2，…，第n直流输入电源Vinn，共n路直流输入电源Vin，那么则对应设置n路前级boost单元。第一路前级boost单元可以包括第一前级电感Lb1、第一前级二极管Db1和第一前级可控开关Tb1，第二路前级boost单元可以包括第二前级电感Lb2、第二前级二极管Db2和第二前级可控开关Tb2，…，第n路前级boost单元可以包括第n前级电感Lbn、第n前级二极管Dbn和第n前级可控开关Tbn，n是大于等于2的正整数。
每路前级boost单元中的各个元器件之间的连接方式相同，如图1所示，均为：前级电感的第一端与对应路的直流输入电源的正极相连，前级电感的第二端同时与对应路的前级二极管的阳极、前级可控开关的第一端相连，对应路的前级二极管的阴极作为对应路前级boost单元的第一输出端，对应路的前级可控开关的第二端与对应路的直流输入电源的负极相连并同时作为对应路前级boost单元的第二输出端。各路前级boost单元的输出端并联连接，即他们的所有第一输出端连接在一起，所有第二输出端连接在一起。各路前级boost单元中的前级可控开关第三端作为前级boost单元12的若干控制端，与调制单元相连。
母线电容Cbus的第一端同时与后级逆变单元11的第一输入端、所有路前级boost单元的第一输出端相连，母线电容Cbus的第二端同时与后级逆变单元11的第二输入端、所有路前级boost单元的第二输出端相连。后级逆变单元11的第一输出端与负载单元13的第一端相连，后级逆变单元11的第二输出端与负载单元13的第二端相连。调制单元与后级逆变单元11的若干控制端、所有前级可控开关的第三端相连。
其中，各路前级boost单元中的前级可控开关可以采用IGBT或MOSFET器件等。但是，本发明并不限定于IGBT器件和MOSFET器件，也可以采用其它可控开关实现。本实施例以N沟道MOSFET为例进行说明，N沟道MOSFET的第一端指漏极，第二端指源极，第三端指栅极。
进一步地，本实施例的单相非隔离型逆变器，每路直流输入电源还均连接一个滤波单元。
每个滤波单元均包括滤波电容。对于第一直流输入电源Vin1，第二直流输入电源Vin2，…，第n直流输入电源Vinn，共n路直流输入电源，那么则对应设置第一电容C1，第二电容C2，…，第n电容Cn，共n个滤波电容。
本实施例中，所有滤波电容的连接方式相同，如图1所示，滤波电容与对应路的直流输入电源并联连接，即滤波电容的第一端同时与对应路的直流输入电源的正极、对应路的前级电感的第一端相连，滤波电容的第二端同时与对应路的直流输入电源的负极、对应路的前级可控开关的第二端相连。
进一步地，本实施例的单相非隔离型逆变器，负载单元13包括滤波电感Lg和用于连接负载的负载接口S。其中，滤波电感Lg的第一端连接后级逆变单元11的第一输出端，滤波电感Lg的第二端与负载接口S的第一端相连，负载接口S的第二端连接后级逆变单元11的第二输出端。其中，设置逆变器的最小逆变电压Vinv(min)为负载两端交流电压Vg的峰值。
进一步地，本实施例的单相非隔离型逆变器，后级逆变单元11包括第一逆变可控开关T1至第四逆变可控开关T4。
具体地，第一逆变可控开关T1的第一端和第三逆变可控开关T3的第一端相连，并作为后级逆变单元11的第一输入端，第二逆变可控开关T2的第二端和第四逆变可控开关T4的第二端相连，并作为后级逆变单元11的第二输入端，第一逆变可控开关T1的第二端和第二逆变可控开关T2的第一端相连，并作为后级逆变单元11的第一输出端，第三逆变可控开关T3的第二端和第四逆变可控开关T4的第一端相连，并作为后级逆变单元11的第二输出端。第一逆变可控开关T1至第四逆变可控开关T4的第三端作为后级逆变单元11的若干控制端，与调制单元相连。
其中，第一逆变可控开关T1至第四逆变可控开关T4也可以采用IGBT或MOSFET器件等。但是，本发明并不限定于IGBT器件和MOSFET器件，也可以采用其它可控开关实现。本实施例以第一逆变可控开关T1至第四逆变可控开关T4均采用N沟道MOSFET为例进行说明，N沟道MOSFET的第一端指漏极，第二端指源极，第三端指栅极。
本实施例中，调制单元能够实时获取所有路直流输入电源的电压值即所有路前级boost单元的输入电压值(为便于描述，简称直流输入电源的输入电压值)和负载单元13的负载电压值，根据输入电压值、负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元12和后级逆变单元11的工作状态，以使前级boost单元12和后级逆变单元11分时或部分分时工作在高频调制状态。
所述高频调制状态指前级boost单元12和后级逆变单元11中的可控开关工作时以各自预设的开关频率导通和关断。前级boost单元12和后级逆变单元11预设的开关频率可以相同，也可以不相同，本发明并不限定。
具体地，调制单元若实时检测到至少存在一路直流输入电源的输入电压值大于负载电压值，则可以按照如下方式进行电路控制：
确定所有输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，调制单元向可控开关的第三端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的前级可控开关工作，以使每路前级boost单元输出的电压值均为目标电压值。若负载处于正半周，向第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4的第三端发送指令，控制第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态；若负载处于负半周，向第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3的第三端发送指令，控制第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在高频调制状态。
所述除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的前级可控开关工作指除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的前级可控开关均以预设的开关频率导通和关断，使得所述前级可控开关对应路的前级boost单元输出的电压值均为目标电压值。也就是说，此时，除最大的电压值对应路之外的所有其他路前级boost单元的升压比为常数，等于最大的电压值除以对应路前级boost单元的输入电压值。最大的电压值对应路的前级可控开关不工作。
调制单元，还用于若实时检测到所有输入电压值均小于或等于负载电压值，则可以按照如下方式进行电路控制：
调制单元向可控开关的控制端发送指令，控制各路前级boost单元中的前级可控开关工作在高频调制状态。若负载处于正半周，向第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4的第三端发送指令，控制第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在负载频率状态；若负载处于负半周，向第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3的第三端发送指令，控制第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在负载频率状态。
所述负载频率状态指前级boost单元12和后级逆变单元11中的可控开关工作时以负载频率作为开关频率进行导通和关断。
所述各路前级boost单元中的前级可控开关工作在高频调制状态指在该状态下，各路前级boost单元中的前级可控开关均以预设的开关频率导通和关断，使得各路前级boost单元的输出电压与负载电压实时完全一致。也就是说，在该状态下，各路前级boost单元的升压比为变量，随着负载电压值的变化而实时变化，等于负载电压绝对值除以对应路前级boost单元的输入电压值。
图2是本发明单相非隔离型逆变器另一种实施例提供的电路图。如图2所示，本实施例以设置第一直流输入电源Vin1，第二直流输入电源Vin2，共2路直流输入电源为例对技术方案进行进一步说明。
具体地，若设置2路直流输入电源，则对应设置第一前级boost单元和第二前级boost单元，对应设置第一滤波单元和第二滤波单元。第一前级boost单元包括第一前级电感Lb1、第一前级二极管Db1和第一前级可控开关Tb1，本实施例的第二前级boost单元包括第二前级电感Lb2、第二前级二极管Db2和第二前级可控开关Tb2。第一滤波单元包括第一电容C1，第二滤波单元包括第二电容C2。按照上述实施例记载的连接方式连接上述元器件，得到的电路图如图2所示。
如图2，根据输入侧两路输入直流电压Vin1和Vin2与最小逆变电压Vinv(min)的大小关系，本实施例存在以下3种工作状况：
第一种工作情况：
图3是图2所示的电路的一种工作情况对应的电压关系图。如图3所示，此种工况下，两路输入电压Vin1和Vin2均小于最小逆变电压Vinv(min)。本实施例中设Vin1＜Vin2，则一个负载周期内可能存在的电压关系如图3所示。
其中，在负载周期的正半周，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3不工作，负半周第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4不工作。电路分时段具体的工作情况如下：
[t0，t1]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t1，t2]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足Vin1＜|Vg|＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t2，t3]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足Vin1＜Vin2＜|Vg|，第一前级可控开关Tb1、第二前级可控开关Tb2均工作在高频调制状态，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在负载频率状态。
[t3，t4]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足Vin1＜|Vg|＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t4，t5]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t5，t6]：此阶段，处于负载周期负半周，控制过程与上述正半周类似，则当满足|Vg|＜Vin1＜Vin2或者Vin1＜|Vg|＜Vin2时，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在高频调制状态；当满足Vin1＜Vin2＜|Vg|时，第一前级可控开关Tb1和第二前级可控开关Tb2均工作在高频调制状态，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在负载频率状态。
与boost并联式两级逆变器相比，本实施例的第一种工作情况的单相非隔离型逆变器前级boost单元中的可控开关与后级逆变单元中的可控开关分时或部分分时工作在高频调制状态，所以逆变器整体开关管的损耗减小。
第二种工作情况：
图4是图2所示的电路的另一种工作情况对应的电压关系图。如图4所示，此种工况下，两路输入中有一路小于最小逆变电压Vinv(min)，另一路大于最小逆变电压Vinv(min)。本实施例中设输入电压Vin1小于最小逆变电压Vinv(min)，输入电压Vin2大于最小逆变电压Vinv(min)，则一个负载周期内存在的电压关系如图4所示。
其中负载周期的正半周第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3不工作，负半周第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4不工作。电路分时段具体的工作情况如下：
[t0，t1]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t1，t2]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足Vin1＜|Vg|＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t2，t3]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t3，t4]：此阶段，处于负载周期负半周，控制过程与正半周类似，当满足|Vg|＜Vin1＜Vin2或者Vin1＜|Vg|＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在高频调制状态。
第三种工作情况：
图5是图2所示的电路的另一种工作情况对应的电压关系图。如图5所示，两路输入电压Vin1和Vin2均大于最小逆变电压Vinv(min)。本实施例中设Vin1＜Vin2，则一个负载周期内存在的电压关系如图5所示。
其中负载周期的正半周第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3不工作，负半周第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4不工作。电路分时段具体的工作情况如下：
[t0，t1]：此阶段，处于负载周期正半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态。
[t1，t2]：此阶段，处于负载周期负半周，且满足|Vg|＜Vin1＜Vin2，控制过程与正半周类似，第一前级可控开关Tb1工作使得第一boost单元输出电压升压至Vin2，第二前级可控开关Tb2不工作。如此一来，母线电压维持在Vin2，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在高频调制状态。
在第二和第三种工作情况下，与现有boost并联式两级逆变器相比，本实施例的单相非隔离型逆变器中的可控开关的工作情况相同，所以可控开关损耗无差异。
综合分析以上三种工况，整体上，本实施例的单相非隔离型逆变器虽然采用两级结构，但所述前级boost单元和所述后级逆变单元分时或部分分时工作在高频调制状态，与传统的两级式控制策略相比可以减小系统可控开关的开关损耗，减小可控开关的功率损耗，提高逆变器的功率能量利用率，进而提高逆变器的工作效率。
图6是本发明单相非隔离型逆变器另一种实施例提供的电路图。具体应用时，直流输入电源是光伏阵列，本实施例设置两组光伏阵列PV1和PV2作为两路直流输入电源，具体如图6所示。
需要说明的是，此处仅是以两组光伏阵列PV1和PV2为例进行说明，并没有对光伏阵列的数量进行限定。图6仅是本发明应用于光伏发电系统的一个实施例，但本发明并不限定应用于光伏发电系统，还可以应用于储能等其他需要逆变器的场合。
基于一个总的发明构思，本实施例还提供了一种单相非隔离型逆变器的控制方法，所述控制方法可以应用于以上实施例的单相非隔离型逆变器。
图7是本发明单相非隔离型逆变器的控制方法一种实施例提供的流程图。如图7所示，本实施例的单相非隔离型逆变器的控制方法包括：
S101、实时获取所有直流输入电源的输入电压值和负载单元的负载电压值；
S102、根据输入电压值、负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，使所述前级boost单元和所述后级逆变单元分时或部分分时工作在高频调制状态。
具体地，若实时检测到至少存在一路直流输入电源的输入电压值大于负载电压值，则确定所有输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元中的前级可控开关的第三端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的前级可控开关工作，以使每路前级boost单元输出的电压值均为目标电压值。此时，最大的电压值对应路的前级boost单元中的前级可控开关不工作。
若负载处于正半周，向第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4的第三端发送指令，控制第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在高频调制状态，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3不工作；若负载处于负半周，向第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3的第三端发送指令，控制第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在高频调制状态，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4不工作；
若实时检测到所有输入电压值均小于或等于负载电压值，则向各路前级boost单元中的前级可控开关的第三端发送指令，控制各路前级boost单元中的前级可控开关工作在高频调制状态。
若负载处于正半周，向第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4的第三端发送指令，控制第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4工作在负载频率状态，第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3不工作；若负载处于负半周，向第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3的第三端发送指令，控制第二逆变可控开关T2和第三逆变可控开关T3工作在负载频率状态，第一逆变可控开关T1和第四逆变可控开关T4不工作。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种单相非隔离型逆变器，其特征在于，应用于包括至少两路直流输入电源的电路中，所述单相非隔离型逆变器包括：前级boost单元、后级逆变单元、母线电容和调制单元；其中，每路所述直流输入电源均连接一路所述前级boost单元；
各路所述前级boost单元的输出并联连接，且各路所述前级boost单元的第一输出端同时连接所述母线电容第一端和所述后级逆变单元第一输入端，各路所述前级boost单元的第二输出端同时连接所述母线电容第二端和所述后级逆变单元第二输入端；
所述后级逆变单元输出与负载单元相连；所述调制单元与所述后级逆变单元的若干控制端、所有路所述前级boost单元的控制端相连；
所述调制单元，用于实时获取所有路所述直流输入电源的输入电压值和所述负载单元的负载电压值，根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制所述前级boost单元和所述后级逆变单元的工作状态，以避免所述前级boost单元的至少一个开关和所述后级逆变单元同时工作在高频调制状态；
所述调制单元，用于若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，则确定所有路所述输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的所述前级可控开关工作，以使每路所述前级boost单元输出的电压值均为所述目标电压值；
所述最大的电压值对应路的所述前级boost单元中的前级可控开关不工作一种单相非隔离型逆变器，其特征在于，应用于包括至少两路直流输入电源的电路中，所述单相非隔离型逆变器包括：前级boost单元、后级逆变单元、母线电容和调制单元；其中，每路所述直流输入电源均连接一路所述前级boost单元；
各路所述前级boost单元的输出并联连接，且各路所述前级boost单元的第一输出端同时连接所述母线电容第一端和所述后级逆变单元第一输入端，各路所述前级boost单元的第二输出端同时连接所述母线电容第二端和所述后级逆变单元第二输入端；
所述后级逆变单元输出与负载单元相连；所述调制单元与所述后级逆变单元的若干控制端、所有路所述前级boost单元的控制端相连；
所述调制单元，用于实时获取所有路所述直流输入电源的输入电压值和所述负载单元的负载电压值，根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制所述前级boost单元和所述后级逆变单元的工作状态，以避免所述前级boost单元的至少一个开关和所述后级逆变单元同时工作在高频调制状态；
所述调制单元，用于若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，则确定所有路所述输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的所述前级可控开关工作，以使每路所述前级boost单元输出的电压值均为所述目标电压值；
所述最大的电压值对应路的所述前级boost单元中的前级可控开关不工作。
2.根据权利要求1所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，每路所述前级boost单元均包括前级电感、前级二极管和前级可控开关；
所述前级电感的第一端与对应路的所述直流输入电源的正极相连，所述前级电感的第二端同时与对应路的所述前级二极管的阳极、对应路的所述前级可控开关的第一端相连，对应路的所述前级可控开关的第二端与对应路的所述直流输入电源的负极相连并同时作为对应路的所述前级boost单元的第二输出端，对应路的所述前级二极管的阴极作为对应路的所述前级boost单元的第一输出端，各路所述前级boost单元中的前级可控开关的第三端作为所述前级boost单元的若干控制端。
3.根据权利要求1所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，每路所述直流输入电源还均连接一个滤波单元；
每个所述滤波单元均包括滤波电容，所述滤波电容与对应路的所述直流输入电源并联连接；和/或
所述负载单元包括滤波电感和用于连接负载的负载接口；
所述滤波电感的第一端连接所述后级逆变单元的第一输出端，所述滤波电感的第二端与所述负载接口的第一端相连；
所述负载接口的第二端连接所述后级逆变单元的第二输出端。
4.根据权利要求2所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，所述后级逆变单元包括第一逆变可控开关至第四逆变可控开关；
所述第一逆变可控开关的第一端和所述第三逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元第一输入端；
所述第二逆变可控开关的第二端和所述第四逆变可控开关的第二端相连，并作为所述后级逆变单元第二输入端；
所述第一逆变可控开关的第二端和所述第二逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元的第一输出端；
所述第三逆变可控开关的第二端和所述第四逆变可控开关的第一端相连，并作为所述后级逆变单元的第二输出端；
所述第一逆变可控开关至第四逆变可控开关的第三端作为所述后级逆变单元的所述若干控制端，与所述调制单元相连。
5.根据权利要求4所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，所述调制单元还用于，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在高频调制状态；若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在高频调制状态。
6.根据权利要求4所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，所述调制单元还用于，若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，则向各路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制各路所述前级boost单元中的所述前级可控开关工作在高频调制状态。
7.根据权利要求6所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，所述调制单元还用于，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在负载频率状态；若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在负载频率状态。
8.根据权利要求5或7所述的单相非隔离型逆变器，其特征在于，若所述负载处于正半周，所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关不工作；若所述负载处于负半周，所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关不工作。
9.一种单相非隔离型逆变器的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-8任一项所述的单相非隔离型逆变器，所述控制方法包括：
实时获取所有路直流输入电源的输入电压值和负载单元的负载电压值；
根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，以避免所述前级boost单元的至少一个开关和所述后级逆变单元同时工作在高频调制状态；
所述根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，包括：
若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，则确定所有路所述输入电压值中最大的电压值作为目标电压值，向除最大的电压值对应路之外的所有其他路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制除最大的电压值对应路之外的所有其他路对应的前级可控开关工作，以使每路前级boost单元输出的电压值均为所述目标电压值；和/或
若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，则向各路所述前级boost单元的控制端发送指令，控制各路所述前级boost单元中的所述前级可控开关工作在高频调制状态。
10.根据权利要求9所述的单相非隔离型逆变器的控制方法，其特征在于，所述根据所述输入电压值、所述负载电压值和预设的负载周期，控制前级boost单元和后级逆变单元的工作状态，进一步包括：
若实时检测到至少存在一路所述直流输入电源的输入电压值大于所述负载电压值，若所述负载处于正半周，向第一逆变可控开关和第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在高频调制状态；若所述负载处于负半周，向第二逆变可控开关和第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在高频调制状态；和/或
若实时检测到所有路所述输入电压值均小于或等于所述负载电压值，若所述负载处于正半周，向所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第一逆变可控开关和所述第四逆变可控开关工作在负载频率状态，若所述负载处于负半周，向所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关的第三端发送指令，控制所述第二逆变可控开关和所述第三逆变可控开关工作在负载频率状态。
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