專利名稱：一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法
一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法。
技術(shù)背景
微型光伏并網(wǎng)逆變器由于其能量利用率高、系統(tǒng)擴展性好、易于安裝等優(yōu)點，越來越受到人們的重視。特別是，將微型逆變器與單個太陽能光伏陣列相結(jié)合構(gòu)成AC模塊時， 逆變器需要有與光伏陣列相匹配的壽命。
微型光伏并網(wǎng)逆變器中，太陽能光伏陣列由于MPPT的作用產(chǎn)生光滑直流的功率， 而并網(wǎng)測的功率為兩倍電網(wǎng)頻率的功率脈動。通常在太陽能光伏陣列兩端并聯(lián)大容值的電解電容來解決這個瞬時功率不平衡的問題，實現(xiàn)功率解耦。然而電解電容的壽命很短，遠(yuǎn)低于太陽能光伏陣列的壽命。因此，電解電容成為制約逆變器壽命的關(guān)鍵因素，也降低了整個系統(tǒng)的可靠性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一個目的是針對背景技術(shù)中并網(wǎng)逆變器存在的缺陷，為提高逆變器的壽命和可靠性，提供一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器，它包括一個反激變換器和一個工頻極性轉(zhuǎn)換電路；太陽能光伏陣列的輸出電壓通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列的輸出電壓上的輸入濾波電容與輸出濾波電容和所述反激變換器的輸入端相連接；所述反激變換器的輸出端口與所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路相連接；所述反激變換器中設(shè)有一個功率解耦電路，所述功率解耦電路輸入端與太陽能光伏陣列和輸入濾波電容相連接，輸出端與所述反激變換器原邊相連接。
在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案 所述的功率解耦電路包括第一解耦開關(guān)管、第二解耦開關(guān)管、一個解耦二極管、一個解耦電感和一個解耦電容；所述第一解耦開關(guān)管和所述解耦電感串聯(lián)后與太陽能光伏陣列和輸入濾波電容連接；所述的解耦電容一端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述的解耦電容另一端與解耦二極管的正極、所述第二解耦開關(guān)管的源極相連接；所述解耦二極管的負(fù)極與所述解耦開關(guān)管的源極和所述解耦電感的一端相連接，所述解耦電感的另一端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的負(fù)極性端和所述輸入濾波電容的另一端連接；所述第二解耦開關(guān)管的漏極與所有反激變換器原邊開關(guān)管的漏極連接。
所述反激變換器包括原邊開關(guān)管、變壓器、副邊開關(guān)管和副邊整流二極管；所述反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述原邊開關(guān)管的漏極、所述第二解耦開關(guān)管的漏極連接；所述原邊開關(guān)管的源極與所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負(fù)極性端連接；所述反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述副邊開關(guān)管的漏接連接；所述副邊開關(guān)管的源極與所述副邊整流二極管的正極連接；所述副邊整流二極管的負(fù)極與輸出濾波電容的一端和相連接。所述反激變壓器的副邊繞組的同名端與所述輸出濾波電容的另一端連接。
所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路的輸入與所述輸出濾波電容相連接。所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路是由四個開關(guān)管構(gòu)成的全橋逆變電路；所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路中四個開關(guān)管的工頻驅(qū)動信號，對管驅(qū)動同相，上下管驅(qū)動反相。
所述輸入濾波電容、輸出濾波電容及解耦電容為非電解電容。
本發(fā)明另一個目的是提供一種上述光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案所述反激變換器的變壓器原邊勵磁電流采用峰值電流控制，將變壓器副邊輸出平均電流調(diào)制為正弦半波形狀；所述反激變換器的輸出電壓被電網(wǎng)電壓嵌位；所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路通過極性轉(zhuǎn)換的方法處理所述反激變換器輸出的正弦半波電流，并將其并入電網(wǎng)，實現(xiàn)輸出正弦并網(wǎng)電流。
在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述反激變換器原邊開關(guān)管開通，所述變壓器原邊勵磁電感按正弦電流基準(zhǔn)充磁，隨后所述反激變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，所述解耦電路工作，所述第一解耦開關(guān)管開通，所述解耦電感電流達(dá)到解耦峰值電流基準(zhǔn)后所述第一解耦開關(guān)管關(guān)斷；所述解耦電感電流經(jīng)過太陽能光伏陣列，所述解耦電容和所述解耦二極管續(xù)流，直至電流降為零；隨后所述反激變壓器副邊開關(guān)管導(dǎo)通， 變壓器存儲的能量耦合到副邊，通過所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路釋放給電網(wǎng)。
當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述反激變換器原邊開關(guān)管開通，所發(fā)變壓器原邊勵磁電感按固定電流基準(zhǔn)充磁，隨后所述反激變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，所述第二解耦開關(guān)管開通，所述解耦電容繼續(xù)給勵磁電感充電，直至正弦電流基準(zhǔn)后，所述第二解耦開關(guān)管關(guān)斷，所述變壓器副邊開關(guān)管導(dǎo)通，變壓器存儲的能量耦合到副邊，通過所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路釋放給電網(wǎng)。
當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述勵磁電感的正弦電流基準(zhǔn)‘ _為所述解耦電感的解耦峰值電流基準(zhǔn)ide。。upling為‘一 =[卜哿}。s 網(wǎng)其中Ppv為太陽能光伏陣列的輸出功率，Vpv為太陽能光伏陣列的輸出電壓值，Ts為反激變換器原邊開關(guān)管的開關(guān)周期，Lffl為反激變換器的勵磁電感，Ld為解耦電感，Vd為解耦電容上的瞬時電壓。
當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述勵磁電感的固定電流基準(zhǔn)iMffix為
權(quán)利要求
1.一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于它包括一個反激變換器和一個工頻極性轉(zhuǎn)換電路；太陽能光伏陣列的輸出電壓通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列的輸出電壓上的輸入濾波電容與所述反激變換器的輸入端相連接；所述反激變換器的輸出端口與輸出濾波電容和所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路相連接；所述反激變換器中設(shè)有一個功率解耦電路，所述功率解耦電路輸入端與太陽能光伏陣列和輸入濾波電容相連接，輸出端與所述反激變換器原邊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述的功率解耦電路包括第一解耦開關(guān)管、第二解耦開關(guān)管、一個解耦二極管、一個解耦電感和一個解耦電容；所述第一解耦開關(guān)管和所述解耦電感串聯(lián)后與太陽能光伏陣列和輸入濾波電容連接；所述的解耦電容一端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述的解耦電容另一端與解耦二極管的正極、所述第二解耦開關(guān)管的源極相連接；所述解耦二極管的負(fù)極與所述解耦開關(guān)管的源極和所述解耦電感的一端相連接，所述解耦電感的另一端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的負(fù)極性端和所述輸入濾波電容的另一端連接；所述第二解耦開關(guān)管的漏極與所述反激變換器原邊開關(guān)管的漏極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述反激變換器包括原邊開關(guān)管、變壓器、副邊開關(guān)管和副邊整流二極管；所述反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述原邊開關(guān)管的漏極、所述第二解耦開關(guān)管的漏極連接；所述原邊開關(guān)管的源極與所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負(fù)極性端連接；所述反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述副邊開關(guān)管的漏接連接；所述副邊開關(guān)管的源極與所述副邊整流二極管的正極連接；所述副邊整流二極管的負(fù)極與輸出濾波電容的一端和相連接，所述反激變壓器的副邊繞組的同名端與所述輸出濾波電容的另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路的輸入端與所述輸出濾波電容相連接，所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路是由四個開關(guān)管構(gòu)成的全橋逆變電路；所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路中四個開關(guān)管的工頻驅(qū)動信號，對管驅(qū)動同相，上下管驅(qū)動反相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述輸入濾波電容、輸出濾波電容及解耦電容為非電解電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于，所述反激變換器的變壓器原邊勵磁電流采用峰值電流控制，將變壓器副邊輸出平均電流調(diào)制為正弦半波形狀；所述反激變換器的輸出電壓被電網(wǎng)電壓嵌位；所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路通過極性轉(zhuǎn)換的方法處理所述反激變換器輸出的正弦半波電流，并將其并入電網(wǎng)，實現(xiàn)輸出正弦并網(wǎng)電流。
7.權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述光伏并網(wǎng)逆變器還具有權(quán)利要求2和 3的結(jié)構(gòu)；當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述反激變換器原邊開關(guān)管開通，所述變壓器原邊勵磁電感按正弦電流基準(zhǔn)充磁，隨后所述反激變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，所述解耦電路工作，所述第一解耦開關(guān)管開通，所述解耦電感電流達(dá)到解耦峰值電流基準(zhǔn)后所述第一解耦開關(guān)管關(guān)斷；所述解耦電感電流經(jīng)過太陽能光伏陣列，所述解耦電容和所述解耦二極管續(xù)流，直至電流降為零；隨后所述反激變壓器副邊開關(guān)管導(dǎo)通， 變壓器存儲的能量耦合到副邊，通過所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路釋放給電網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述光伏并網(wǎng)逆變器還具有權(quán)利要求2和3的結(jié)構(gòu)；當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述反激變換器原邊開關(guān)管開通，所述變壓器原邊勵磁電感按固定電流基準(zhǔn)充磁，隨后所述反激變換器原邊開關(guān)管關(guān)斷，所述第二解耦開關(guān)管開通，所述解耦電容繼續(xù)給勵磁電感充電，直至正弦電流基準(zhǔn)后，所述第二解耦開關(guān)管關(guān)斷，所述變壓器副邊開關(guān)管導(dǎo)通，變壓器存儲的能量耦合到副邊，通過所述工頻極性轉(zhuǎn)換電路釋放給電網(wǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述勵磁電感的正弦電流基準(zhǔn)irefsin為
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的其控制方法，其特征在于當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，所述勵磁電感的固定電流基準(zhǔn)ireffix為
全文摘要
本發(fā)明的目的在于公開了一種帶有功率解耦電路的反激式微型光伏并網(wǎng)逆變器及其控制方法，該逆變器包括一個反激變換器和一個工頻極性轉(zhuǎn)換電路，反激變換器中設(shè)有一個功率解耦電路，使解耦電容電壓等級高于太陽能光伏陣列的輸出電壓，允許解耦電容電壓大范圍波動，從而使解耦電容容量減小，僅需使用非電解電容即可實現(xiàn)功率解耦，從而避免了使用電解電容，延長了微型光伏并網(wǎng)逆變器的使用壽命，提高了可靠性。通過此控制方法，不僅實現(xiàn)了微型光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率與太陽能光伏陣列輸出功率的解耦，而且能夠讓太陽能光伏陣列輸出的直流電壓和電流波形保持平緩，保證了太陽能光伏陣列的使用壽命，也有利于實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)。
文檔編號H02M3/335GK102522766SQ201110347169
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者凌志敏, 張哲 , 李朵, 羅宇浩, 莫瓊, 錢照明, 陳敏 申請人:浙江大學(xué), 浙江昱能光伏科技集成有限公司