CN113824349A - 一种升降压逆变器及其控制方法 - Google Patents

一种升降压逆变器及其控制方法 Download PDF

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单长磊
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何翔宇
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Abstract

本申请公开了一种升降压逆变器及其控制方法，该升降压逆变器包含输入电源、耦合电感、滤波单元、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关等部件，其中滤波单元由滤波电感、阻尼电阻和滤波电容组成。第一开关与第二开关互补开关，当输入电压大于电网电压且电网电压为正半周时，第三开关常通，第四开关常关，通过调节第一开关占空比，控制电网电流跟踪第一参考电流；其它时刻，第一和第三开关同时高频开关，第二和第四开关同时高频开关，通过调节第一开关占空比，控制电网电流跟踪第二参考电流；此发明可实现升降压变换，消除了非隔离光伏逆变器的共模漏电流，采用单级变换，提高了系统变换效率。

Description

一种升降压逆变器及其控制方法
技术领域
本申请涉及逆变器领域，具体涉及一种升降压逆变器及其控制方法。
背景技术
由于非隔离逆变器在光伏组件和电网之间没有隔离，从而可能产生共模漏电流流过光伏组件的对地寄生电容。该共模漏电流会引起电磁干扰，增加系统损耗，甚至对人身安全构成威胁。国内外专家学者对如何抑制非隔离逆变器的共模漏电流展开了一系列卓有成效的研究；常用的方法有：改进调制技术、增加开关器件、增加滤波器和改进控制方法等。但上述方法抑制共模漏电流的效果易受光伏组件对地寄生电容和电路参数变化的影响。
此外，光伏组件的输出电压通常较低，要求非隔离逆变器能实现升降压变换的功能，传统方法采用两级变换实现升降压，即升压变换器和逆变器级联的方式，降低了系统效率。
因此，有必要研究能从根本上消除共模漏电流且能实现高效率升降压变换的逆变器拓扑及其控制方法。
申请内容
本申请的目的在于提供了一种升降压逆变器及其控制方法，旨在解决传统逆变器无法实现升降压变换的问题，消除共模漏电现象，提高光伏逆变器系统的变换效率。
为了达到上述目的，本申请通过以下技术方案实现：
一种升降压逆变器，包括：
输入电源，其负极与电网的负极连接，且所述输入电源的负极和电网的负极共同接地；
滤波单元，包括滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；滤波电感的第一端与电网的正极连接，阻尼电阻的第一端分别与第二开关的第二端和电网的负极连接，阻尼电阻的第二端与滤波电容的第一端连接；
耦合电感，包括原边绕组和副边绕组；耦合电感的原边绕组的第一端分别与滤波电感的第二端、滤波电容的第二端和耦合电感的副边绕组的第四端连接，第二端分别通过一第三开关、一第一开关与所述输入电源的正极连接，则所述耦合电感的原边绕组与电网、滤波单元、所述输入电源、所述第三开关和所述第一开关，构成第一闭合回路；所述耦合电感的原边绕组与电网、滤波单元、所述第三开关和一第二开关，构成第一续流回路；
耦合电感的副边绕组的第三端分别通过一第四开关、所述第二开关与电网的负极连接，则所述耦合电感的副边绕组与电网、所述滤波单元、所述第四开关和所述第二开关，构成第二续流回路；
控制驱动单元，输入端分别与电网、输入电源、所述耦合电感的原边绕组和所述耦合电感的副边绕组连接，输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接，用于分别驱动控制各个开关的开闭，来连通各个闭合电路，进而完成电网电流的调节。
最优选的，该控制驱动单元还包括：
传感器系统，输入端分别与与电网、输入电源、所述耦合电感的原边绕组和所述耦合电感的副边绕组连接，分别采集电网的电网电压反馈信号、输入电源的电压反馈信号、所述耦合电感的原边绕组的第一电流反馈信号和所述耦合电感的副边绕组的第二电流反馈信号；
DSP，输入端与所述传感器系统的第一输出端连接，对所述电网电压反馈信号进行电压信号处理，并分别生成所述第一电流参考信号和所述第二电流参考信号；
控制电路，第一输入端与所述DSP的输出端连接，第二输入端与所述传感器系统的输出端连接，根据所述第一电流参考信号和所述第二电流参考信号，与所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号，进行电流比较控制，分别生成第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号；
驱动电路，输入端与所述控制电路的输出端连接，输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接，分别根据所述第一开关逻辑信号、所述第二开关逻辑信号、所述第三开关逻辑信号和所述第四开关逻辑信号，相应生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，以相应驱动各个开关的开闭。
最优选的，传感器系统包括：
电网电压传感器，输入端与电网连接，第一输出端与所述DSP的输入端连接，用于采集所述电网电压反馈信号并传输至所述DSP中；
输入电压传感器，输入端与所述输入电源连接，第一输出端与所述DSP的输入端连接，用于采集所述输入电源电压反馈信号并传输至所述DSP中；
第一电流传感器，输入端与所述变压器的原边绕组连接，输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于采集所述第一电流反馈信号，并传输至所述控制电路中；
第二电流传感器，输入端与所述变压器的副边绕组连接，输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于采集所述第二电流反馈信号，并传输至所述控制电路中。
最优选的，数字信号处理器(DSP)包括：
第一模数转换模块，输入端与所述电网电压传感器的第一输出端连接，对所述电网电压反馈信号进行第一次模数转换，获得第一数字信号；
锁相环，输入端与所述第一模数转换模块的第一输出端连接，对所述第一数字信号进行数字处理，获得电网的电压相位；
第二模数转换模块，输入端与所述输入电压传感器的输出端连接，对所述输入电压反馈信号进行第二次模数转换，获得第二数字信号；
第一电流参考计算模块，第一输入端与所述锁相环的第一输出端连接，第二输入端与所述第一模数转换模块的第二输出端连接，根据所述第一数字信号和所述电压相位，进行第一电流参考信号计算，获得第一电流参考数字信号；
第一数模转换模块，输入端与所述第一电流参考计算模块的输出端连接，对所述第一电流的参考数字信号进行第一次数模转换，获得第一电流参考信号；
第二电流参考计算模块，第一输入端与所述锁相环的第二输出端连接，第二输入端与所述第一模数转换模块的第三输出端连接，第三输入端与所述第二模数转换模块的输出端连接，根据所述电压相位、所述第一数字信号和所述第二数字信号，进行第二电流参考信号计算，获得第二参考数字信号；
第二数模转换模块，输入端与所述第二电流参考计算模块的输出端连接，对所述第二参考数字信号进行第二次数模转换，获得第二电流参考信号。
最优选的，驱动电路还包括：第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路，其输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接。
最优选的，控制电路包括：
第一比较器，第一输入端与所述电网电压传感器的第二输出端连接，第二输入端与所述输入电压传感器的第二输出端连接，将所述输入电压反馈信号与所述电网电压反馈信号进行比较，获得第一模式选择信号；
第二比较器，输入端与所述电网电压传感器的第三输出端连接，将所述电网电压反馈信号与地进行比较，获得第二模式选择信号；
第一反相器，输入端与所述第一比较器的第一输出端连接，获得第三模式选择信号；
第二反相器，输入端与所述第二比较器的第一输出端连接，获得第四模式选择信号；
第一电流调节器，第一输入端与所述第一数模转换模块的输出端连接，第二输入端与所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的输出端连接，对所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号和所述第一电流参考信号进行第一次电流调节，获得第一高频开关信号；
第二电流调节器，第一输入端与所述第二数模转换模块的输出端连接，第二输入端与所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的输出端连接，对所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号和所述第二电流参考信号进行第二次电流调节，获得第二高频开关信号；
第三反相器，输入端与所述第二电流调节器的第一输出端连接，获得第三高频开关信号；
第一与门，第一输入端与所述第一比较器的第二输出端连接，第二输入端与所述第二比较器的第二输出端连接，根据第一和第二模式选择信号，获得第五模式选择信号；
第二与门，第一输入端与所述第一反相器的输出端连接，第二输入端与所述第二比较器的第三输出端连接，根据第二和第三模式选择信号，获得第六模式选择信号；
第三与门，第一输入端与所述第二电流调节器的第二输出端连接，第二输入端与所述第二反相器的输出端连接，根据所述第二高频开关信号和所述第二模式选择信号，获得第四高频开关信号；
第四与门，第一输入端与所述第三反相器的输出端连接，第二输入端与所述第二与门的输出端连接，根据所述第六模式选择信号和所述第三高频开关信号，获得第五高频开关信号；
第一或门，第一输入端与所述第四与门的输出端连接，第二输入端与所述第三与门的输出端连接，根据第四和第五高频开关信号，获得第六高频开关信号；
第二或门，第一输入端与所述第一或门的第一输出端连接，第二输入端与所述第一与门的第一输出端连接，根据所述第五模式选择信号和所述第六高频开关信号，获得第三开关逻辑信号，并传输至所述第三驱动电路；
第五与门，第一输入端与所述第一与门的第二输出端连接，第二输入端与所述第一电流调节器的输出端连接，根据所述第五模式选择信号和所述第一高频开关信号，获得第七高频开关信号；
第三或门，第一输入端与所述第五与门的输出端连接，第二输入端与所述第二或门的第二输出端连接，根据所述第七高频开关信号和所述第三开关逻辑信号，获得第一开关逻辑信号，并传输至所述第一驱动电路；
第四反相器，输入端与所述第三或门的第二输出端连接，根据所述第一开关逻辑信号，获得第二开关逻辑信号，并传输至所述第二驱动电路；
第五反相器，输入端与所述第一与门的第三输出端连接，获得第七模式选择信号；
第六反相器，输入端与所述第一或门的第二输出端连接，获得第八高频开关信号；
第六与门，第一输入端与所述第五反相器的输出端连接，第二输入端与所述第六反相器的输出端连接，输出端与所述第四驱动电路输入端连接，根据所述第七模式选择信号和所述第八高频开关信号，获得第四开关逻辑信号，并传输至所述第四驱动电路。
本发明提供了一种升降压逆变器控制方法，该逆变器控制方法是基于一种升降压逆变器实现的，该逆变器控制方法包括以下步骤：
步骤1：传感器系统实时监测输入电压和电网电压，并对所述输入电压和电网电压的大小进行第一次判定，判定所述输入电压大于或小于电网电压；
步骤2：传感器系统实时监测电网电压，并对所述电网电压的工频周期进行第二次判定，判定所述电网电压的工频周期为正半周或者负半周；
步骤3：当所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压大于电网电压时，控制驱动单元调控第一开关和/或第二开关，以导通第一闭合回路和/或第一续流回路，使得所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第一参考电流，以完成电网的电流调节；
步骤4：当所述电网电压的工频周期为负半周或所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压小于电网电压时，所述控制驱动单元调控该第一开关、第二开关、第三开关和/或第四开关，以导通第一闭合回路和/或第二续流回路，使得所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第二参考电流，以完成电网的电流调节。
最优选的，驱动单元调控该逆变器的第一开关和/或第二开关包括以下步骤：
步骤3.1：所述控制驱动单元调控所述第四开关关断，第三开关导通，则所述第二续流回路关断；
步骤3.2：将第一和第二电流传感器分别实时采集的第一和第二电流反馈信号相减后，与DSP生成的第一电流参考信号比较；
步骤3.3：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第一电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤3.4：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第一电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一开关管关断，则所述第一续流回路导通，则所述滤波电感的电流减小，完成电网的电流调节。
最优选的，控制驱动单元调控该逆变器的第一开关、第二开关、第三开关和/或第四开关包括以下步骤：
步骤4.1：对该逆变器的工作模式进行第二次判定，判定该逆变器的工作模式为升压模式或升降压模式；
步骤4.2：将第一电流传感器和第二电流传感器分别实时采集的第一电流反馈信和第二电流反馈信号相减后的信号，与DSP生成的第二电流参考信号比较；
步骤4.3：当所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压小于电网电压时，该逆变器的工作模式为升压模式，所述控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.4：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流减小，完成电网的电流调节；
步骤4.5：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管关断，则所述第二续流回路导通，则所述滤波电感的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤4.6：当所述电网电压的工频周期为负半周时，该逆变器的工作模式为升降压模式，所述控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.7：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流负向减小，完成电网的电流调节；
步骤4.8：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管关断，则所述第二续流回路导通，则所述滤波电感的电流负向增加，完成电网的电流调节。
最优选的，第三和第四开关为可承受正反压的器件，如：两个反串联的MOSFET或者IGBT。
运用此发明，解决了传统光伏逆变器升降压变换效率低的问题，消除了共模漏电流现象，实现了升降压变换，提高了光伏逆变器系统的变换效率。
本申请与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的逆变器为单级变换，提高了逆变器系统的变换效率。
2、本发明提供的逆变器，可实现升降压变换。
3、本发明提供的逆变器，将输入电源与电网共同接地，可有效消除光伏逆变器的共模漏电流。
附图说明
为了更清楚地说明本申请专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述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申请专利的一些实施例，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为本申请实施例提供的该逆变器电路示意图；
图2为本申请实施例提供的控制驱动单元的电路示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”、“一个或多个实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”、“一个或多个实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互组合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅用于分别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
本实施例提供了本发明提供了一种升降压逆变器，如图1所示，包括：输入电源Uin、耦合电感L、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、滤波电容C1、滤波电感Lg、阻尼电阻Rd和控制驱动单元(附图中未示出)。
输入电源Uin，其负极与电网U的负极连接，且输入电源Uin的负极和电网U的负极共同接地。其中，输入电源Uin用于为该逆变器提供电能；且输入电源Uin与电网U共同接地，能够有效消除该逆变器的共模漏电流。在本实施例中，输入电源Uin可为光伏电池、车用电池、燃料电池等。
滤波单元，包括滤波电感Lg、阻尼电阻Rd和滤波电容C1；滤波电感Lg的第一端与电网U的正极连接，阻尼电阻Rd的第一端分别与第二开关S2的第二端和电网U的负极连接，阻尼电阻Rd的第二端与滤波电容C1的第一端连接；
耦合电感L，包括原边绕组NP和副边绕组NS；耦合电感L的原边绕组NP的第一端分别与滤波电感Lg的第二端、滤波电容C1的第二端和耦合电感的副边绕组NS的第四端连接，耦合电感L的原边绕组NP的第二端分别通过第三开关S3、第一开关S1与所述输入电源Uin的正极连接；
则输入电源Uin依次与第一开关S1、第三开关S3、耦合电感的原边绕组NP、滤波单元和电网U串联成第一闭合回路；
耦合电感的原边绕组NP依次与第三开关S3、第二开关S2、电网U和滤波单元串联成第一续流回路；
耦合电感的副边绕组NS的第三端分别通过第四开关S4、第二开关S2与电网U的负极连接；
则耦合电感的副边绕组NS依次与第四开关S4、第二开关S2、电网U和滤波单元串联成第二续流回路；
控制驱动单元，输入端分别与电网U、输入电源Uin、耦合电感的原边绕组NP和耦合电感的副边绕组NS连接，输出端分别与第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4连接，用于分别驱动控制各个开关的开闭，来连通各个闭合电路，进而完成电网电流的调节。
在本实施例中，滤波电容C1为无极性电容。
其中，第一开关S1和第二开关S2均为金氧半场效晶体(MOS)管和/或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)；第三开关S3和第四开关S4均为两金氧半场效晶体(MOS)管和/或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的反串联。
其中，如图2所示，该控制驱动单元还包括：传感器系统1、数字信号处理器(DSP)2、控制电路3和驱动电路4。
传感器系统1，输入端分别与与电网U、输入电源Uin、耦合电感的原边绕组NP和耦合电感的副边绕组NS连接，分别采集电网U的电网电压反馈信号ugf、输入电源Uin的电压反馈信号Uinf、耦合电感的原边绕组NP的第一电流反馈信号iL1f和所述耦合电感的副边绕组NS的第二电流反馈信号iL2f；
DSP 2，输入端与传感器系统1的第一输出端连接，对电网U的电网电压反馈信号ugf进行电压信号处理，并分别生成第一电流参考信号iref1和所述第二电流参考信号iref2；
控制电路3，第一输入端与DSP 2的输出端连接，第二输入端与传感器系统1的输出端连接，根据第一电流参考信号iref1和所述第二电流参考信号iref2，与第一电流反馈信号iL1f和所述第二电流反馈信号iL2f相减后的信号，进行电流比较控制，分别生成第一开关逻辑信号O1、第二开关逻辑信号O2、第三开关逻辑信号O3和第四开关逻辑信号O4；
驱动电路4，输入端与控制电路3的输出端连接，输出端分别与第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4连接，分别根据第一开关逻辑信号O1、第二开关逻辑信号O2、第三开关逻辑信号O3和第四开关逻辑信号O4，相应生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，以相应驱动开关S1-S4的开闭。
其中，传感器系统1包括：
电网电压传感器101，输入端与电网U连接，第一输出端与DSP 2的输入端连接，用于采集电网U的电网电压反馈信号ugf并传输至所述DSP 2中；
输入电压传感器102，输入端与输入电源Uin连接，第一输出端与DSP 2的输入端连接，用于采集输入电源Uin的输入电压反馈信号Uinf并传输至所述DSP 2中；
第一电流传感器103，输入端与变压器的原边绕组NP连接，输出端与控制电路3的第二输入端连接，用于采集第一电流反馈信号iL1f，并传输至控制电路3中；
第二电流传感器104，输入端与所述变压器的副边绕组NS连接，输出端与控制电路3的第二输入端连接，用于采集第二电流反馈信号iL2f，并传输至控制电路3中。
数字信号处理器(DSP)2包括：
第一模数转换模块AD1，输入端与传感器系统1中的电网电压传感器101的第一输出端连接，对电网U的电网电压反馈信号ugf进行第一次模数转换，获得第一数字信号；
锁相环201，输入端与第一模数转换模块AD1的第一输出端连接，对第一数字信号进行数字处理，获得电网U的电压相位
Figure BDA0003274978100000113
第二模数转换模块AD2，输入端与传感器系统1中的输入电压传感器102的输出端连接，对输入电源Uin的输入电压反馈信号Uinf进行第二次模数转换，获得第二数字信号；
第一电流参考计算模块202，第一输入端与锁相环201的第一输出端连接，第二输入端与第一模数转换模块AD1的第一输出端连接，根据第一数字信号和电网U的电压相位
Figure BDA0003274978100000114
进行第一电流参考信号计算，获得第一电流参考数字信号；
第一数模转换模块，输入端与所述第一电流参考计算模块的输出端连接，对所述第一电流的参考数字信号进行第一次数模转换，获得第一电流参考信号；
第一数模转换模块DA1，输入端与第一电流参考计算模块202的输出端连接，对第一电流的参考数字信号进行第一次数模转换，获得第一电流参考信号iref1；第一电流参考信号iref1满足：
Figure BDA0003274978100000111
第二电流参考计算模块203，第一输入端与锁相环201的第二输出端连接，第二输入端与第一模数转换模块AD1的第三输出端连接，第三输入端与第二模数转换模块AD2的输出端连接，根据电网U的电压相位
Figure BDA0003274978100000112
第一数字信号和第二数字信号，进行第二电流参考信号计算，获得第二参考数字信号；
第二数模转换模块DA2，输入端与第二电流参考计算模块203的输出端连接，对第二参考数字信号进行第二次数模转换，获得第二电流参考信号iref2；且第二电流参考信号iref2足：
Figure BDA0003274978100000121
驱动电路4还包括：第一驱动电路401、第二驱动电路402、第三驱动电路403和第四驱动电路404，其输出端分别与第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4连接。
其中，控制电路3包括：
第一比较器301，第一输入端与传感器系统1中的电网电压传感器101的第二输出端连接，第二输入端与传感器系统1中的输入电压传感器102的第二输出端连接，将输入电源Uin中的输入电压反馈信号Uinf与电网U的电网电压反馈信号ugf进行比较，获得第一模式选择信号；
第二比较器302，输入端与传感器系统1中的电网电压传感器101的第三输出端连接，将电网U的电网电压反馈信号ugf与地进行比较，获得第二模式选择信号；
第一反相器303，输入端与第一比较器301的第一输出端连接，获得第三模式选择信号；
第二反相器304，输入端与第二比较器302的第一输出端连接，获得第四模式选择信号；
第一电流调节器305，第一输入端与第一数模转换模块DA1的输出端连接，第二输入端与第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的输出端连接，对第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf和第一电流参考信号iref1进行第一次电流调节，获得第一高频开关信号；
第二电流调节器306，第一输入端与第二数模转换模块DA2的输出端连接，第二输入端与第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的输出端连接，对第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf和第二电流参考信号iref2进行第二次电流调节，获得第二高频开关信号；
第三反相器307，输入端与第二电流调节器306的第一输出端连接，获得第三高频开关信号；
第一与门308，第一输入端与第一比较器301的第二输出端连接，第二输入端与第二比较器302的第二输出端连接，根据第一和第二模式选择信号，获得第五模式选择信号；
第二与门309，第一输入端与第一反相器303的输出端连接，第二输入端与第二比较器302的第三输出端连接，根据第二和第三模式选择信号，获得第六模式选择信号；
第三与门310，第一输入端与第二电流调节器306的第二输出端连接，第二输入端与第二反相器304的输出端连接，根据第二高频开关信号和所述第二模式选择信号，获得第四高频开关信号；
第四与门311，第一输入端与第三反相器307的输出端连接，第二输入端与第二与门309的输出端连接，根据第六模式选择信号和第三高频开关信号，获得第五高频开关信号；
第一或门312，第一输入端与第四与门311的输出端连接，第二输入端与第三与门310的输出端连接，根据第四和第五高频开关信号，获得第六高频开关信号；
第二或门313，第一输入端与第一或门312的第一输出端连接，第二输入端与第一与门308的第一输出端连接，根据第五模式选择信号和第六高频开关信号，获得控制第三开关S3的第三开关逻辑信号O3，并传输至驱动电路4中的第三驱动电路403；
第五与门314，第一输入端与第一与门308的第二输出端连接，第二输入端与第一电流调节器305的输出端连接，根据第五模式选择信号和第一高频开关信号，获得第七高频开关信号；
第三或门315，第一输入端与第五与门314的输出端连接，第二输入端与第二或门313的第二输出端连接，根据第七高频开关信号和第三开关S3的第三开关逻辑信号O3，获得控制第一开关S1的第一开关逻辑信号O1，并传输至驱动电路4中的第一驱动电路401；
第四反相器316，输入端与第三或门315的第二输出端连接，根据第一开关S1的第一开关逻辑信号O1，获得控制第二开关S2的第二开关逻辑信号O2，并传输至驱动电路4中的第二驱动电路402；
第五反相器317，输入端与第一与门308的第三输出端连接，获得第七模式选择信号；
第六反相器318，输入端与第一或门312的第二输出端连接，获得第八高频开关信号；
第六与门319，第一输入端与第五反相器317的输出端连接，第二输入端与第六反相器318的输出端连接，输出端与驱动电路4中的第四驱动电路404输入端连接，根据第七模式选择信号和第八高频开关信号，获得第控制第四开关S4的第四开关逻辑信号O4，并传输至所述驱动电路4中的第四驱动电路404。
在本实施例中，第一电流调节器305和第二电流调节器306采用PI控制、滞环控制或比例谐振控制中的任意一种。
本发明还提供了一种升降压逆变器控制方法，该逆变器控制方法是基于一种升降压逆变器实现的，包括以下步骤：
步骤1：传感器系统1实时监测输入电压Uin和电网电压ug，并对输入电压Uin和电网电压ug的大小进行第一次判定，判定输入电源Uin电压大于或小于电网U电压；
其中，对输入电压Uin和电网电压ug的大小进行第一次判定包括：
步骤1.1：对输入电源Uin的输入电压反馈信号Uinf和电网U的电网电压反馈信号ugf的大小进行判定；
步骤1.2：根据输入电源Uin的输入电压反馈信号Uinf和电网U的电网电压反馈信号ugf的大小判定输入电源Uin电压大于或小于电网U电压；
步骤2：传感器系统实时监测电网电压ug，并对电网电压ug的工频周期进行第二次判定，判定电网电压ug的工频周期为正半周或者负半周；
其中，对电网电压ug的工频周期进行第二次判定包括：
步骤2.1：对电网U的电网电压反馈信号ugf的正负值进行判定；
步骤2.2：根据电网U的电网电压反馈信号ugf的正负值判定电网U电压的工频周期为正半周或者负半周；
步骤3：当电网U电压的工频周期为正半周且输入电源Uin电压大于电网U电压时，控制驱动单元调控第一开关S1和/或第二开关S2，以导通第一闭合回路和/或第一续流回路，使得第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf跟踪第一参考电流iref1，以完成电网的电流调节；
其中，驱动单元调控该逆变器的第一开关S1和/或第二开关S2包括以下步骤：
步骤3.1：控制驱动单元调控第四开关S4关断，第三开关S3导通，则第二续流回路关断；
步骤3.2：将传感器系统1中的第一电流传感器103和第二电流传感器104分别实时采集的第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf，与DSP 2生成的第一电流参考信号iref1比较；
步骤3.3：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf小于第一电流参考信号iref1时，控制驱动单元调控所述第一开关管S1导通，则第一闭合回路导通，输入电源通过第一闭合回路调节滤波电感Lg的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤3.4：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf大于第一电流参考信号iref1时，控制驱动单元调控第一开关管S1关断，则第一续流回路导通，则所述滤波电感Lg的电流减小，完成电网的电流调节。
步骤4：当电网U电压的工频周期为负半周或电网U电压的工频周期为正半周且输入电源Uin电压小于电网U电压时，控制驱动单元调控该第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和/或第四开关S4，以导通第一闭合回路和/或第二续流回路，使得第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf跟踪第二参考电流iref2，以完成电网的电流调节。
其中，控制驱动单元调控该逆变器的第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和/或第四开关S4包括以下步骤：
步骤4.1：对该逆变器的工作模式进行第二次判定，判定该逆变器的工作模式为升压模式或升降压模式；
步骤4.2：将传感器系统1中的第一电流传感器103和第二电流传感器104分别实时采集的第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf，与DSP 2生成的第二电流参考信号iref2比较；
步骤4.3：当电网U电压的工频周期为正半周且输入电源Uin电压小于电网U电压时，该逆变器的工作模式为升压模式，所述控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.4：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf大于第二电流参考信号iref2时，控制驱动单元调控所述第一开关管S1和第三开关管S3导通，则第一闭合回路导通，输入电源通过第一闭合回路调节滤波电感Lg的电流减小，完成电网的电流调节；
步骤4.5：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf小于第二电流参考信号iref2时，控制驱动单元调控第一开关管S1和第三开关管S3关断，则第二续流回路导通，则所述滤波电感Lg的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤4.6：当电网U电压的工频周期为负半周时，该逆变器的工作模式为升降压模式，控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.7：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf小于所述第二电流参考信号iref2时，控制驱动单元调控第一开关管S1和第三开关管S3导通，则第一闭合回路导通，输入电源Uin通过第一闭合回路调节滤波电感Lg的电流负向减小，完成电网的电流调节；
步骤4.8：当第一电流反馈信号iL1f和第二电流反馈信号iL2f相减后的信号iLf大于第二电流参考信号iref2时，控制驱动单元调控第一开关管S1和第三开关管S3关断，则第二续流回路导通，则滤波电感Lg的电流负向增加，完成电网的电流调节。
本发明的工作原理：
传感器系统实时监测输入电压和电网电压，并对所述输入电压和电网电压的大小进行第一次判定，判定所述输入电压大于或小于电网电压；传感器系统实时监测电网电压，并对所述电网电压的工频周期进行第二次判定，判定所述电网电压的工频周期为正半周或者负半周；当电网电压的工频周期为正半周且输入电压大于电网电压时，控制驱动单元调控该逆变器的第一开关和/或第二开关，以导通第一闭合回路和/或第一续流回路，使得第一电流反馈信号和第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第一电流参考信号，以完成电网的电流调节；当电网电压的工频周期为负半周或电网电压的工频周期为正半周且输入电压小于电网电压时，控制驱动单元调控该逆变器的第一开关、第二开关、第三开关和/或第四开关，以导通第一闭合回路和/或第二续流回路，使得第一电流反馈信号和第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第二电流参考信号，以完成电网的电流调节。
综上所述，本发明一种升降压逆变器及其控制方法，解决了传统光伏逆变器升降压变换效率低的问题，消除了共模漏电流现象，实现了升降压变换，提高了光伏逆变器系统的变换效率。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和范围之内做出的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种升降压逆变器，其特征在于，包含：
输入电源，其负极与电网的负极连接，且所述输入电源的负极和电网的负极共同接地；
滤波单元，包括滤波电感、阻尼电阻和滤波电容；滤波电感的第一端与电网的正极连接，阻尼电阻的第一端分别与第二开关的第二端和电网的负极连接，阻尼电阻的第二端与滤波电容的第一端连接；
耦合电感，包括原边绕组和副边绕组；耦合电感的原边绕组的第一端分别与滤波电感的第二端、滤波电容的第二端和耦合电感的副边绕组的第四端连接，第二端分别通过一第三开关、一第一开关与所述输入电源的正极连接，则所述耦合电感的原边绕组与电网、滤波单元、所述输入电源、所述第三开关和所述第一开关，构成第一闭合回路；所述耦合电感的原边绕组与电网、滤波单元、所述第三开关和一第二开关，构成第一续流回路；耦合电感的副边绕组的第三端分别通过一第四开关、所述第二开关与电网的负极连接，则所述耦合电感的副边绕组与电网、所述滤波单元、所述第四开关和所述第二开关，构成第二续流回路；
控制驱动单元，输入端分别与电网、输入电源、所述耦合电感的原边绕组和所述耦合电感的副边绕组连接，输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接，用于分别驱动控制各个开关的开闭，来连通各个闭合电路，进而完成电网电流的调节。
2.如权利要求1所述的升降压逆变器，其特征在于，所述控制驱动单元还包括：
传感器系统，输入端分别与与电网、输入电源、所述耦合电感的原边绕组和所述耦合电感的副边绕组连接，分别采集电网的电网电压反馈信号、输入电源的电压反馈信号、所述耦合电感的原边绕组的第一电流反馈信号和所述耦合电感的副边绕组的第二电流反馈信号；
DSP，输入端与所述传感器系统的第一输出端连接，对所述电网电压反馈信号进行电压信号处理，并分别生成所述第一电流参考信号和所述第二电流参考信号；
控制电路，第一输入端与所述DSP的输出端连接，第二输入端与所述传感器系统的输出端连接，根据所述第一电流参考信号和所述第二电流参考信号，与所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号，进行电流比较控制，分别生成第一开关逻辑信号、第二开关逻辑信号、第三开关逻辑信号和第四开关逻辑信号；
驱动电路，输入端与所述控制电路的输出端连接，输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接，分别根据所述第一开关逻辑信号、所述第二开关逻辑信号、所述第三开关逻辑信号和所述第四开关逻辑信号，相应生成第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，以相应驱动各个开关的开闭。
3.如权利要求2所述的升降压逆变器，其特征在于，所述传感器系统包括：电网电压传感器，输入端与电网连接，第一输出端与所述DSP的输入端连接，用于采集所述电网电压反馈信号并传输至所述DSP中；
输入电压传感器，输入端与所述输入电源连接，第一输出端与所述DSP的输入端连接，用于采集所述输入电源电压反馈信号并传输至所述DSP中；
第一电流传感器，输入端与原边绕组连接，输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于采集所述第一电流反馈信号，并传输至所述控制电路中；
第二电流传感器，输入端与副边绕组连接，输出端与所述控制电路的第二输入端连接，用于采集所述第二电流反馈信号，并传输至所述控制电路中。
4.如权利要求3所述的升降压逆变器，其特征在于，所述DSP包括：
第一模数转换模块，输入端与所述电网电压传感器的第一输出端连接，对所述电网电压反馈信号进行第一次模数转换，获得第一数字信号；
锁相环，输入端与所述第一模数转换模块的第一输出端连接，对所述第一数字信号进行数字处理，获得电网的电压相位；
第二模数转换模块，输入端与所述输入电压传感器的输出端连接，对所述输入电压反馈信号进行第二次模数转换，获得第二数字信号；
第一电流参考计算模块，第一输入端与所述锁相环的第一输出端连接，第二输入端与所述第一模数转换模块的第二输出端连接，根据所述第一数字信号和所述电压相位，进行第一电流参考信号计算，获得第一电流参考数字信号；
第一数模转换模块，输入端与所述第一电流参考计算模块的输出端连接，对所述第一电流的参考数字信号进行第一次数模转换，获得第一电流参考信号；
第二电流参考计算模块，第一输入端与所述锁相环的第二输出端连接，第二输入端与所述第一模数转换模块的第三输出端连接，第三输入端与所述第二模数转换模块的输出端连接，根据所述电压相位、所述第一数字信号和所述第二数字信号，进行第二电流参考信号计算，获得第二参考数字信号；
第二数模转换模块，输入端与所述第二电流参考计算模块的输出端连接，对所述第二参考数字信号进行第二次数模转换，获得第二电流参考信号。
5.如权利要求1所述的升降压逆变器，其特征在于，所述驱动电路还包括：第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路，其输出端分别与所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关连接。
6.如权利要求1所述的升降压逆变器，其特征在于，所述控制电路包括：
第一比较器，第一输入端与所述电网电压传感器的第二输出端连接，第二输入端与所述输入电压传感器的第二输出端连接，将所述输入电压反馈信号与所述电网电压反馈信号进行比较，获得第一模式选择信号；
第二比较器，输入端与所述电网电压传感器的第三输出端连接，将所述电网电压反馈信号与地进行比较，获得第二模式选择信号；
第一反相器，输入端与所述第一比较器的第一输出端连接，获得第三模式选择信号；
第二反相器，输入端与所述第二比较器的第一输出端连接，获得第四模式选择信号；
第一电流调节器，第一输入端与第一数模转换模块的输出端连接，第二输入端与所述第一电流反馈信号和第二电流反馈信号相减后的输出端连接，对所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号和所述第一电流参考信号进行第一次电流调节，获得第一高频开关信号；
第二电流调节器，第一输入端与第二数模转换模块的输出端连接，第二输入端与所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的输出端连接，对所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号和所述第二电流参考信号进行第二次电流调节，获得第二高频开关信号；
第三反相器，输入端与所述第二电流调节器的第一输出端连接，获得第三高频开关信号；
第一与门，第一输入端与所述第一比较器的第二输出端连接，第二输入端与所述第二比较器的第二输出端连接，根据第一和第二模式选择信号，获得第五模式选择信号；
第二与门，第一输入端与所述第一反相器的输出端连接，第二输入端与所述第二比较器的第三输出端连接，根据第二和第三模式选择信号，获得第六模式选择信号；
第三与门，第一输入端与所述第二电流调节器的第二输出端连接，第二输入端与所述第二反相器的输出端连接，根据所述第二高频开关信号和所述第二模式选择信号，获得第四高频开关信号；
第四与门，第一输入端与所述第三反相器的输出端连接，第二输入端与所述第二与门的输出端连接，根据所述第六模式选择信号和所述第三高频开关信号，获得第五高频开关信号；
第一或门，第一输入端与所述第四与门的输出端连接，第二输入端与所述第三与门的输出端连接，根据第四和第五高频开关信号，获得第六高频开关信号；
第二或门，第一输入端与所述第一或门的第一输出端连接，第二输入端与所述第一与门的第一输出端连接，根据所述第五模式选择信号和所述第六高频开关信号，获得第三开关逻辑信号，并传输至第三驱动电路；
第五与门，第一输入端与所述第一与门的第二输出端连接，第二输入端与所述第一电流调节器的输出端连接，根据所述第五模式选择信号和所述第一高频开关信号，获得第七高频开关信号；
第三或门，第一输入端与所述第五与门的输出端连接，第二输入端与所述第二或门的第二输出端连接，根据所述第七高频开关信号和所述第三开关逻辑信号，获得第一开关逻辑信号，并传输至第一驱动电路；
第四反相器，输入端与所述第三或门的第二输出端连接，根据所述第一开关逻辑信号，获得第二开关逻辑信号，并传输至第二驱动电路；
第五反相器，输入端与所述第一与门的第三输出端连接，获得第七模式选择信号；
第六反相器，输入端与所述第一或门的第二输出端连接，获得第八高频开关信号；
第六与门，第一输入端与所述第五反相器的输出端连接，第二输入端与所述第六反相器的输出端连接，输出端与第四驱动电路输入端连接，根据所述第七模式选择信号和所述第八高频开关信号，获得第四开关逻辑信号，并传输至所述第四驱动电路。
7.一种升降压逆变器控制方法，该逆变器控制方法是基于权利要求1-6项中任意一项所述的升降压逆变器实现的，该逆变器控制方法包括以下步骤：
步骤1：传感器系统实时监测输入电压和电网电压，并对所述输入电压和电网电压的大小进行第一次判定，判定所述输入电压大于或小于电网电压；
步骤2：传感器系统实时监测电网电压，并对所述电网电压的工频周期进行第二次判定，判定所述电网电压的工频周期为正半周或者负半周；
步骤3：当所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压大于电网电压时，控制驱动单元调控第一开关和/或第二开关，以导通第一闭合回路和/或第一续流回路，使得第一电流反馈信号和第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第一参考电流，以完成电网的电流调节；
步骤4：当所述电网电压的工频周期为负半周或所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压小于电网电压时，所述控制驱动单元调控该第一开关、第二开关、第三开关和/或第四开关，以导通第一闭合回路和/或第二续流回路，使得所述第一电流反馈信号和所述第二电流反馈信号相减后的信号跟踪第二参考电流，以完成电网的电流调节。
8.如权利要求7所述的升降压逆变器控制方法，其特征在于，所述驱动单元调控第一开关和/或第二开关包括以下步骤：
步骤3.1：所述控制驱动单元调控所述第四开关关断，第三开关导通，则所述第二续流回路关断；
步骤3.2：将第一和第二电流传感器分别实时采集的第一和第二电流反馈信号相减后，与DSP生成的第一电流参考信号比较；
步骤3.3：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第一电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤3.4：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第一电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一开关管关断，则所述第一续流回路导通，则所述滤波电感的电流减小，完成电网的电流调节。
9.如权利要求7所述的升降压逆变器控制方法，其特征在于，所述控制驱动单元调控第一开关、第二开关、第三开关和/或第四开关包括以下步骤：
步骤4.1：对该逆变器的工作模式进行第二次判定，判定该逆变器的工作模式为升压模式或升降压模式；
步骤4.2：将第一电流传感器和第二电流传感器分别实时采集的第一电流反馈信和第二电流反馈信号相减后的信号，与DSP生成的第二电流参考信号比较；
步骤4.3：当所述电网电压的工频周期为正半周且输入电压小于电网电压时，该逆变器的工作模式为升压模式，所述控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.4：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流减小，完成电网的电流调节；
步骤4.5：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管关断，则所述第二续流回路导通，则所述滤波电感的电流增加，完成电网的电流调节；
步骤4.6：当所述电网电压的工频周期为负半周时，该逆变器的工作模式为升降压模式，所述控制驱动单元调控所有开关高频开关；
步骤4.7：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号小于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管导通，则所述第一闭合回路导通，输入电源通过所述第一闭合回路调节滤波电感的电流负向减小，完成电网的电流调节；
步骤4.8：当第一和第二电流反馈信号相减后的信号大于所述第二电流参考信号时，所述控制驱动单元调控所述第一和第三开关管关断，则所述第二续流回路导通，则所述滤波电感的电流负向增加，完成电网的电流调节。
10.如权利要求7所述的升降压逆变器控制方法，其特征在于，第三和第四开关为可承受正反压的器件。
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