CN117691887B - 一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法 - Google Patents

一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法，包括供电电源，供电电源电连接第一级DC/DC变换器，第一级DC/DC变换器电连接超级电容器，超级电容器电连接第二级隔离型可升降压单级单相逆变器的直流侧；所述第二级隔离型可升降压单级单相逆变器包括直流侧六开关支路，直流侧六开关支路电连接隔离变压器，隔离变压器电连接交流侧两开关支路，交流侧两开关支路电连接交流侧滤波电路。本发明使得输入供电电源功率波动得到抑制，单相逆变器具有可升降压调节能力，在超级电容电压大范围波动时，可实现稳定的交流电压输出。

Description

一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及电学领域，具体为一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法。
背景技术
用于驱动通信探测装备的单相逆变器，也可称作开关功率放大器，可以将输入信号的功率放大到所需的水平，驱动负载设备工作。应用于低频探测和通信等领域的通信探测设备属于短时脉冲负载，即在负载设备工作时，需要较高的脉冲功率，在负载不工作时，不需要消耗功率。单相逆变器用于驱动通信探测装备，其需求的脉冲功率高，平均功率小，具有高峰均功率比的特性。高峰值功率会对供应电源产生较大的冲击，影响供电系统的稳定性。
为了解决这类问题，工程上通常通过加入能量存储装置，用于缓冲脉冲负荷功率波动，提高供电电源的安全性、稳定性和可靠性。传统的集成超级电容器储能装置的单相逆变器结构和能量传递过程如图1所示。其中包括隔离DC/DC变换器，DC/AC单相逆变器，双向DC/DC变换器。后级DC/AC单相逆变器只具有降压能力，为了保证单相逆变器输出电压的调节范围，必须将直流母线电压稳定至合适的范围，超级电容储存的能量随电压变化，不能直接并联于直流母线上，必须在直流母线与超级电容器之间接入具备双向功率传输能力的DC/DC变换器。传统的集成超级电容器储能装置的隔离型单相逆变器工作模式为充电和放电两种。超级电容器充电模式下，后级DC/AC单相逆变器不工作，供电电源以较小的功率通过隔离DC/DC变换器和双向DC/DC变换器给超级电容器充电至设定电压。超级电容器放电模式下，供电电源不传输能量，隔离DC/DC变换器不工作，此时超级电容器通过双向DC/DC变换器用于稳定直流母线电容电压，并给后级DC/AC单相逆变器提供所需的脉冲功率。从供电电源传输至后级DC/AC单相逆变器的能量经过多级开关变换器，造成较大的能量损失，系统效率低。系统结构复杂，变换器数量多，体积大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路，包括供电电源，供电电源电连接第一级DC/DC变换器，第一级DC/DC变换器电连接超级电容器，超级电容器电连接第二级隔离型可升降压单级单相逆变器的直流侧；所述第二级隔离型可升降压单级单相逆变器包括直流侧六开关支路，直流侧六开关支路电连接隔离变压器，隔离变压器电连接交流侧两开关支路，交流侧两开关支路电连接交流侧滤波电路；
所述直流侧六开关支路包括第三半导体开关器件S3、第四半导体开关器件S4、第五半导体开关器件S5、第六半导体开关器件S6、第七半导体开关器件S7和第八半导体开关器件S8；其中超级电容器的一端电连接第三半导体开关器件S3的漏极和第七半导体开关器件S7的源极，另一端电连接第四半导体开关器件S4的源极和第八半导体开关器件S8的漏极；第四半导体开关器件S4的漏极电连接第三半导体开关器件S3的源极和隔离变压器直流侧的储能电感L m 的一端；第七半导体开关器件S7的漏极电连接第五半导体开关器件S5的漏极，第五半导体开关器件S5的源极电连接第六半导体开关器件S6的漏极和隔离变压器直流侧的储能电感L m 的另一端；第六半导体开关器件S6的源极电连接第八半导体开关器件S8的漏极；
所述交流侧两开关支路包括第九半导体开关器件S9，第九半导体开关器件S9的漏极电连接隔离变压器直流侧线圈一端电连接隔离变压器交流侧线圈的一端，隔离变压器交流侧线圈的另一端电连接第十半导体开关器件S10的漏极；第十半导体开关器件S10的源极电连接滤波电路的一端，滤波电路的另一端电连接第九半导体开关器件S9的源极。
进一步的改进，所述滤波电路包括第一滤波电容C f ，第一滤波电容C f 一端电连接第九半导体开关器件S9的源极和第一滤波电感L o 的一端，第一滤波电容C f 的另一端电连接第十半导体开关器件S10的源极和第二滤波电容C o 的一端和负载R o 的一端，第二滤波电容C o 的另一端电连接第一滤波电感L o 的另一端和负载R o 的另一端。
进一步的改进，
所述超级电容容值
为超级电容容值，/>为超级电容放电时间，/>为超级电容放电功率，/>为超级电容最大充电电压，/>为超级电容最小放电电压；
储能电感Lm的感值和第一滤波电容Cf的容值/>满足：
(11)
(12)
为第一滤波电容/>输出电压最大值，/>为负载（R o ）的电流最大值；/>为储能电感L m 的电感电流的纹波；/>为第一滤波电容/>的两端电压纹波；/>为第五半导体开关器件S5的开关频率，N为隔离变压器的匝比；
第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 参数范围为:
（18）
（19）
其中，第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的低通滤波器截止频率为f o ，基波频率为f 1 ；Q为低通滤波器的品质因数，负载Ro的阻值为，根据/>运行的范围和选定的Q值，即确定低通滤波器L o 的感值/>参数范围和C o 的容值/>参数范围。
进一步的改进，所述第一级DC/DC变换器为 BUCK电路。
进一步的改进，所述BUCK电路包括第一半导体开关器件S1、第二半导体开关器件S2和第二滤波电感Ls；第一半导体开关器件S1的漏极电连接供电电源的一端，第一半导体开关器件S1的源极电连接第二半导体开关器件S2的漏极和第二滤波电感Ls的一端，第二滤波电感Ls的另一端电连接超级电容器的一端，第二半导体开关器件S2的源极电连接超级电容器的另一端和供电电源的另一端。
进一步的改进，所述第三半导体开关器件S3、第四半导体开关器件S4、第五半导体开关器件S5、第六半导体开关器件S6、第七半导体开关器件S7和第八半导体开关器件S8为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。
一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路的控制方法，所述超级电容储能型高过载单相逆变器电路的结构如上所示，所述控制方法包括如下步骤：
在一个单相交流输出周期内，工作模式共分为四种，在输出电压正半波时，工作模式为模式1和模式2，在输出电压负半波时，工作模式为模式3和模式4；输出电压正负半波对称运行，设置第五半导体开关器件S 5、第六半导体开关器件S 6、第七半导体开关器件S 7、第八半导体开关器件S 8、第九半导体开关器件S 9、第十半导体开关器件S 10的开关频率为f s ，开关周期为T s ，第五半导体开关器件S 5与第七半导体开关器件S 7开关信号相同并与第十半导体开关器件S 10互补，第六半导体开关器件S 6和第八半导体开关器件S 8开关信号相同并与第九半导体开关器件S 9互补；模式1和模式3工作区间定义为DT s ，则模式2和模式4工作区间为1-DT s ，其中D为半导体开关器件的占空比，D大于0并且小于1；
输出电压为正半波且工作区间为DT s 则工作模式为模式1：第三半导体开关器件S 3、第四半导体开关器件S 4、第五半导体开关器件S 5、第六半导体开关器件S 6、第七半导体开关器件S 7、第八半导体开关器件S 8、第九半导体开关器件S 9导通和第十半导体开关器件S 10关闭，超级电容经第七半导体开关器件S 7、第五半导体开关器件S 5、第四半导体开关器件S 4向储能电感L m 充电，此时储能电感L m 储能，第一滤波电容C f 经过由第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的滤波器向负载R o 供电；
输出电压为正半波且工作区间为1-DT s 则工作模式为模式2：第四半导体开关器件S 4、第九半导体开关器件S 9、第十半导体开关器件S 10导通，第三半导体开关器件S 3、第五半导体开关器件S 5、第六半导体开关器件S 6、第七半导体开关器件S 7、第八半导体开关器件S 8关闭，储能电感L m 储存的能量经过隔离变压器T 1、第九半导体开关器件S 9、第十半导体开关器件S 10以及第一滤波电容C f 、第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的滤波器向负载R o 供电，如果储能电感L m 储存的能量在模式2开关时间结束前完全释放，此时由第一滤波电容C f 向储能电感L m 储能及负载R o 供电；
输出电压为负半波且工作区间为DT s 则工作模式为模式3：第三半导体开关器件S 3、第六半导体开关器件S 6、第八半导体开关器件S 8、第十半导体开关器件S 10导通，第四半导体开关器件S 4、第五半导体开关器件S 5、第七半导体开关器件S 7、第九半导体开关器件S 9关闭，超级电容经第三半导体开关器件S 3、第六半导体开关器件S 6、第八半导体开关器件S 8向储能电感L m 充电，此时储能电感L m 储能，第一滤波电容C f 经过由第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的滤波器向负载R o 供电；
输出电压为负半波且工作区间为1-DT s 则工作模式为模式4:第三半导体开关器件S 3、第九半导体开关器件S 9、第十半导体开关器件S 10导通，开关器件第四半导体开关器件S 4、第五半导体开关器件S 5、第六半导体开关器件S 6、第七半导体开关器件S 7、第八半导体开关器件S 8关闭，储能电感L m 储存的能量经过隔离变压器T 1、第九半导体开关器件S 9、第十半导体开关器件S 10，第一滤波电容C f 、第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的滤波器向负载R o 供电，若储能电感L m 储存的能量在模式4开关时间结束前完全释放，此时由第一滤波电容C f 向储能电感L m 储能及负载R o 供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的单相逆变器具有隔离和升降压功能，可将超级电容直接接入直流母线侧，取代原有直流母线电容，且无需增加额外的双向DC/DC变换器用于超级电容器充放电。
2.本发明的能量从输入供电电源到单相逆变器经过两级变换器，系统结构简单，整体效率高，体积小。
3.本发明使得输入供电电源功率波动得到抑制，单相逆变器具有可升降压调节能力，在超级电容电压大范围波动时，可实现稳定的交流电压输出。
附图说明
图1为传统的集成超级电容器储能装置的单相逆变器结构和能量传递过程示意图；
图2为本发明提出的基于超级电容器储能的单相逆变器结构图；
图3为本发明实施例中，基于超级电容器储能的单相逆变器电路拓扑图；
图4a为本发明所提出的超级电容充放电控制策略能量流动示意图；
图4b为本发明所提出的超级电容充放电控制策略电压功率曲线示意图；
图5为本发明所提出的隔离型可升降压单级单相逆变器输出电压U o 的正弦波调制策略示意图；
图6a为隔离型可升降压单级单相逆变器在模式1的工作模式示意图；
图6b为隔离型可升降压单级单相逆变器在模式2的工作模式示意图；
图6c为隔离型可升降压单级单相逆变器在模式3的工作模式示意图；
图6d为隔离型可升降压单级单相逆变器在模式4的工作模式示意图；
图7为隔离型可升降压单级单相逆变器，在变压器匝比N为1的条件下输入输出增益随占空比变化的曲线；
图8为本发明所提出的超级电容充放电控制策略仿真波形图；
图9为本发明所提出的隔离型可升降压单级单相逆变器在超级电容电压变化时的输出电压电流波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明提出的一种超级电容储能型高过载单相逆变器包括第一级DC/DC变换器，超级电容器，第二级隔离型可升降压单级单相逆变器；所述第一级DC/DC变换器用于对接输入供电电源，包括但不限定于非隔离BUCK，BOOST，BUCK-BOOST及隔离DC/DC变换器；所述超级电容器并联于第一级DC/DC变换器输出两端，且超级电容器的两端对接于第二级隔离型可升降压单级单相逆变器的直流侧；所述第二级隔离型可升降压单级单相逆变器包括直流侧六开关支路，隔离变压器，交流侧两开关支路，交流侧滤波电路；所述第一级DC/DC变换器用于实现超级电容器小功率充电，第二级隔离型可升降压单级单相逆变器用于超级电容器大功率放电及输出所需的大功率交流信号。
如图3，本发明实施例中，输入电源电压大于超级电容充电电压，所述第一级DC/DC变换器选定为BUCK电路，由开关器件S 1、S 2，滤波电感L s 构成，第一级DC/DC变换器（即BUCK电路）的输入端与供电电源连接，输出端与超级电容连接，其中开关器件S 1、S 2构成一个半桥电路，半桥电路的中点与滤波电感L s 一端连接，S 1漏极与供电电源正极连接，滤波电感L o 与超级电容正极连接，供电电源负极与S 2的源极及超级电容负极连接。
所述第二级隔离型可升降压单级单相逆变器，由开关器件S 3、S 4、S 5、S 6、S 7、S 8、S 9、S 10，变压器T 1（变压器原边励磁电感为L m ，原副边匝比为1:N），滤波电容C f 、C o ，滤波电感L o 构成，第二级隔离型可升降压单级单相逆变器的输入端与超级电容连接，输出端与负载连接，其中开关器件S 3、S 4和S 5、S 6构成两个半桥电路，变压器T 1原边两端分别与两个半桥电路的中点连接，开关器件S 7的源极与开关器件S 3的漏极及超级电容正极连接，开关器件S 7的漏极与开关器件S 5的漏极连接，开关器件S 8的漏极与开关器件S 4的源极及超级电容负极连接，开关器件S 8的源极与开关器件S 6的源极连接，开关器件S 9、S 10的漏极分别与变压器T 1副边两端连接，开关器件S 9、S 10的源极分别与滤波电容C f 两端连接，滤波电感L o 和滤波电容C o 构成低通滤波器，其输入端与滤波电容C f 连接，输出端连接负载R o 。本实施例中开关器件S1-S10为具有开通和关断功能的半导体开关器件，任意具有相同功能的半导体开关器件均可实现本电路功能，包括但不限定于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等具有开通和关断功能的半导体开关器件。
本实施例中所提出的超级电容充放电控制策略，包括：
根据所提控制策略，系统的能量流动示意如图4a所示，电压功率曲线示意如图4b所示，系统工作于超级电容器充电和放电两种模式，超级电容器充电模式下，负载不工作，输入供电电源通过第一级DC/DC变换器以较小的恒定功率给超级电容器充电至设定电压，并保持超级电容器电压稳定；超级电容器放电模式下，负载工作，输入供电电源不提供能量，即第一级DC/DC变换器不工作，超级电容器通过第二级隔离型可升降压单级单相逆变器给负载提供所需脉冲功率。
在超级电容放电模式下，本实施例还提供一种隔离型可升降压单级单相逆变器拓扑控制方法，应用于上述隔离型可升降压单级单相逆变器拓扑，方法包括以下步骤：
隔离型可升降压单级单相逆变器输出电压U o 的正弦波调制策略如图5所示，在一个单相交流输出周期内，工作模式共分为四种，在输出电压正半波时，工作模式为模式1和模式2，在输出电压负半波时，工作模式为模式3和模式4。输出电压正负半波对称运行，定义高频开关器件S 5、S 6、S 7、S 8、S 9、S 10的开关频率为f s ，开关周期为T s ，S 5和S 7开关信号相同并与S 10互补，S 6和S 8开关信号相同并与S 9互补。模式1和模式3工作区间定义为DT s ，则模式2和模式4工作区间为（1-D）T s ，其中D为开关器件占空比，D大于0并且小于1。
模式1:如图6a所示，开关器件S 4、S 5、S 7、S 9导通，开关器件S 3、S 6、S 8、S 10关闭，超级电容经开关器件S 7、S 5、S 4向电感L m 充电，此时电感L m 储能，滤波电容C f 经过由L o 和C o 组成的滤波器向负载R o 供电。
模式2:如图6b所示，开关器件S 4、S 9、S 10导通，开关器件S 3、S 5、S 6、S 7、S 8关闭，电感L m 储存的能量经过变压器T 1，开关器件S 9、S 10，滤波电容C f ，L o 和C o 组成的滤波器向负载R o 供电。如果电感L m 储存的能量在模式2开关时间结束前完全释放，此时由滤波电容C f 向电感L m 储能及负载R o 供电。
模式3:如图6c所示，开关器件S 3、S 6、S 8、S 10导通，开关器件S 4、S 5、S 7、S 9关闭，超级电容经开关器件S 3、S 6、S 8向电感L m 充电，此时电感L m 储能，滤波电容C f 经过由L o 和C o 组成的滤波器向负载R o 供电。
模式4:如图6d所示，开关器件S 3、S 9、S 10导通，开关器件S 4、S 5、S 6、S 7、S 8关闭，电感L m 储存的能量经过变压器T 1，开关器件S 9、S 10，滤波电容C f ，L o 和C o 组成的滤波器向负载R o 供电。如果电感L m 储存的能量在模式4开关时间结束前完全释放，此时由滤波电容C f 向电感L m 储能及负载R o 供电。
根据所述隔离型可升降压单级单相逆变器输出电压U o 的正弦波调制策略，在DT s 区间，电感L m 两端电压等于超级电容电压V supercap ，电感L m 的感量为有：
(1)
在(1-D)T s 区间，电感L m 两端电压等于U f /N，有：
(2)
稳态运行时，电感L m 和电感L o 两端电压伏秒平衡，即 ，有：
(3)
输出与输入电压的增益G为：
(4)
不考虑变压器匝比N的影响，其增益随占空比D的变化曲线如图7所示，在D大于0且小于0.5时，隔离型可升降压单级单相逆变器具有降压能力，在D大于0.5且小于1时，隔离型可升降压单级单相逆变器具有升压能力。
本发明提供的一种超级电容储能型高过载单相逆变器的参数计算包括：超级电容的容值C surpercap 和隔离型可升降压单级单相逆变器储能电感L m 的感值、滤波电容C f 的容值/>、滤波电感L o 的感值/>、滤波电容C o 的容值/>计算方法。
超级电容放电时间为Tdischarge,放电功率为Pdischarge,超级电容充电电压最大为Vsupercapmax,超级电容放电电压最小为Vsupercapmin,超级电容需满足在放电时间内能提供负载所需的能量，即：
(5)
所以超级电容的容值C surpercap 应满足：
(6)
隔离型可升降压单级单相逆变器储能电感L m 的电感电流的纹波为，滤波电容C f 两端电压纹波为/>，输出负载R o 的电流为I o ，在DT s 区间，有：
(7)
(8)
由式(4),式(7),式(8)联立可得：
(9)
(10)
所以储能电感L m 的感值和滤波电容C f 的容值/>应满足：
(11)
(12)
式(11)，式(12)中U fmax 为滤波电容C f 输出电压最大值，I omax 为输出负载R o 的电流最大值。
为了尽量消除开关次的谐波分量，保留基波分量，L o 和C o 组成的低通滤波器其截止频率为f o ，基波频率为f 1，采用的设计原则为：
(13)
由L o 和C o 组成的低通滤波器，其传递函数如下：
(14)
(15)
(16)
(17)
将式(13)，式(14)，式(15)，式(16)，式(17)联立，可得低通滤波器L o 和C o 参数范围为：
(18)
(19)
Q为低通滤波器的品质因数，负载R o 的阻值为，根据/>运行的范围和选定的Q值，即可确定低通滤波器L o 的感值/>参数范围和C o 的容值/>参数范围。
如图8所示，仿真结果表明，使用本发明所提供的基于超级电容器储能的隔离型可升降压单级单相逆变器拓扑及其控制方法，输入供电电源功率P DC 波动得到抑制。如图9所示，隔离型单相逆变器具有可升降压调节能力，在超级电容电压大范围波动时，可实现稳定的交流电压输出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，包括供电电源，供电电源电连接第一级DC/DC变换器，第一级DC/DC变换器电连接超级电容器，超级电容器电连接第二级隔离型可升降压单级单相逆变器的直流侧；所述第二级隔离型可升降压单级单相逆变器包括直流侧六开关支路，直流侧六开关支路电连接隔离变压器，隔离变压器电连接交流侧两开关支路，交流侧两开关支路电连接交流侧滤波电路；
所述直流侧六开关支路包括第三半导体开关器件（S3）、第四半导体开关器件（S4）、第五半导体开关器件（S5）、第六半导体开关器件（S6）、第七半导体开关器件（S7）和第八半导体开关器件（S8）；其中超级电容器的一端电连接第三半导体开关器件（S3）的漏极和第七半导体开关器件（S7）的源极，另一端电连接第四半导体开关器件（S4）的源极和第八半导体开关器件（S8）的漏极；第四半导体开关器件（S4）的漏极电连接第三半导体开关器件（S3）的源极和隔离变压器直流侧的储能电感（L m ）的一端；第七半导体开关器件（S7）的漏极电连接第五半导体开关器件（S5）的漏极，第五半导体开关器件（S5）的源极电连接第六半导体开关器件（S6）的漏极和隔离变压器直流侧的储能电感（L m ）的另一端；第六半导体开关器件（S6）的源极电连接第八半导体开关器件（S8）的漏极；
所述交流侧两开关支路包括第九半导体开关器件（S9），第九半导体开关器件(S9)的漏极电连接隔离变压器交流侧线圈的一端，隔离变压器交流侧线圈的另一端电连接第十半导体开关器件（S10）的漏极；第十半导体开关器件（S10）的源极电连接滤波电路的一端，滤波电路的另一端电连接第九半导体开关器件（S9）的源极。
2.如权利要求1所述的超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，所述滤波电路包括第一滤波电容（C f ），第一滤波电容（C f ）一端电连接第九半导体开关器件（S9）的源极和第一滤波电感（L o ）的一端，第一滤波电容（C f ）的另一端电连接第十半导体开关器件（S10）的源极和第二滤波电容（C o ）的一端和负载（R o ）的一端，第二滤波电容（C o ）的另一端电连接第一滤波电感（L o ）的另一端和负载（R o ）的另一端。
3.如权利要求2所述的超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，所述超级电容容值；
为超级电容容值，/>为超级电容放电时间，/>为超级电容放电功率，/>为超级电容最大充电电压，/>为超级电容最小放电电压；
储能电感Lm的感值和第一滤波电容Cf的容值/>满足：
(11)
(12)
为第一滤波电容/>输出电压最大值，/>为负载（R o ）的电流最大值；/>为储能电感（L m ）的电感电流的纹波；/>为第一滤波电容/>的两端电压纹波；/>为第五半导体开关器件（S5）的开关频率，N为隔离变压器的匝比；
第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 参数范围为:
（18）
（19）;
其中，第一滤波电感L o 和第二滤波电容C o 组成的低通滤波器截止频率为f o ，基波频率为f 1 ；Q为低通滤波器的品质因数，负载Ro的阻值为，根据/>运行的范围和选定的Q值，即确定低通滤波器L o 的感值/>参数范围和C o 的容值/>参数范围。
4.如权利要求1所述的超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，所述第一级DC/DC变换器为 BUCK电路。
5.如权利要求4所述的超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，所述BUCK电路包括第一半导体开关器件（S1）、第二半导体开关器件（S2）和第二滤波电感（Ls）；第一半导体开关器件（S1）的漏极电连接供电电源的一端，第一半导体开关器件（S1）的源极电连接第二半导体开关器件（S2）的漏极和第二滤波电感（Ls）的一端，第二滤波电感（Ls）的另一端电连接超级电容器的一端，第二半导体开关器件（S2）的源极电连接超级电容器的另一端和供电电源的另一端。
6.如权利要求4所述的超级电容储能型高过载单相逆变器电路，其特征在于，所述第三半导体开关器件（S3）、第四半导体开关器件（S4）、第五半导体开关器件（S5）、第六半导体开关器件（S6）、第七半导体开关器件（S7）和第八半导体开关器件（S8）为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。
7.一种超级电容储能型高过载单相逆变器电路的控制方法，其特征在于，所述超级电容储能型高过载单相逆变器电路的结构如权利要求1-6任一所示，所述控制方法包括如下步骤：
在一个单相交流输出周期内，工作模式共分为四种，在输出电压正半波时，工作模式为模式1和模式2，在输出电压负半波时，工作模式为模式3和模式4；输出电压正负半波对称运行，设置第五半导体开关器件（S 5）、第六半导体开关器件（S 6）、第七半导体开关器件（S 7）、第八半导体开关器件（S 8）、第九半导体开关器件（S 9）、第十半导体开关器件（S 10）的开关频率为f s ，开关周期为T s ，第五半导体开关器件（S 5）与第七半导体开关器件（S 7）开关信号相同并与第十半导体开关器件（S 10）互补，第六半导体开关器件（S 6）和第八半导体开关器件（S 8）开关信号相同并与第九半导体开关器件（S 9）互补；模式1和模式3工作区间定义为DT s ，则模式2和模式4工作区间为（1-D）T s ，其中D为半导体开关器件的占空比，D大于0并且小于1；
输出电压为正半波且工作区间为DT s 则工作模式为模式1：第三半导体开关器件（S 3）、第四半导体开关器件（S 4）、第五半导体开关器件（S 5）、第六半导体开关器件（S 6）、第七半导体开关器件（S 7）、第八半导体开关器件（S 8）、第九半导体开关器件（S 9）导通和第十半导体开关器件（S 10）关闭，超级电容经第七半导体开关器件（S 7）、第五半导体开关器件（S 5）、第四半导体开关器件（S 4）向储能电感（L m ）充电，此时储能电感（L m ）储能，第一滤波电容（C f ）经过由第一滤波电感（L o ）和第二滤波电容（C o ）组成的滤波器向负载（R o ）供电；
输出电压为正半波且工作区间为（1-D）T s 则工作模式为模式2：第四半导体开关器件（S 4）、第九半导体开关器件（S 9）、第十半导体开关器件（S 10）导通，第三半导体开关器件（S 3）、第五半导体开关器件（S 5）、第六半导体开关器件（S 6）、第七半导体开关器件（S 7）、第八半导体开关器件（S 8）关闭，储能电感（L m ）储存的能量经过隔离变压器（T 1）、第九半导体开关器件（S 9）、第十半导体开关器件（S 10）以及第一滤波电容（C f ）、第一滤波电感（L o ）和第二滤波电容（C o ）组成的滤波器向负载（R o ）供电，如果储能电感（L m ）储存的能量在模式2开关时间结束前完全释放，此时由第一滤波电容（C f ）向储能电感（L m ）储能及负载（R o ）供电；
输出电压为负半波且工作区间为DT s 则工作模式为模式3：第三半导体开关器件（S 3）、第六半导体开关器件（S 6）、第八半导体开关器件（S 8）、第十半导体开关器件（S 10）导通，第四半导体开关器件（S 4）、第五半导体开关器件（S 5）、第七半导体开关器件（S 7）、第九半导体开关器件（S 9）关闭，超级电容经第三半导体开关器件（S 3）、第六半导体开关器件（S 6）、第八半导体开关器件（S 8）向储能电感（L m ）充电，此时储能电感（L m ）储能，第一滤波电容（C f ）经过由第一滤波电感（L o ）和第二滤波电容（C o ）组成的滤波器向负载（R o ）供电；
输出电压为负半波且工作区间为（1-D）T s 则工作模式为模式4:第三半导体开关器件（S 3）、第九半导体开关器件（S 9）、第十半导体开关器件（S 10）导通，开关器件第四半导体开关器件（S 4）、第五半导体开关器件（S 5）、第六半导体开关器件（S 6）、第七半导体开关器件（S 7）、第八半导体开关器件（S 8）关闭，储能电感（L m ）储存的能量经过隔离变压器（T 1）、第九半导体开关器件（S 9）、第十半导体开关器件（S 10），第一滤波电容（C f ）、第一滤波电感（L o ）和第二滤波电容（C o ）组成的滤波器向负载（R o ）供电，若储能电感（L m ）储存的能量在模式4开关时间结束前完全释放，此时由第一滤波电容（C f ）向储能电感（L m ）储能及负载（R o ）供电。
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