一種高頻鏈逆變器及其數字控制裝置製造方法

2023-06-25 09:18:31 3

一種高頻鏈逆變器及其數字控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種高頻鏈逆變器及其數字控制裝置，高頻鏈逆變器包括第一升壓變換器、第二升壓變換器、能量緩衝電感、高頻變壓器、半控整流器、整流濾波電容、工頻逆變器以及併網濾波電感。數字控制裝置包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電流傳感器、第二電流傳感器以及DSP數字控制器。最大功率點跟蹤模塊保證光伏電池輸出最大功率；由第一和第二升壓變換器可實現光伏輸出電壓的提升；又可通過移相控制組合成高頻逆變器，降低器件數量，節省成本；根據光伏電池電壓和電網電壓控制半控整流器的輸出電壓，使之與前級高頻逆變器相配合，分階段形成高頻交流升壓、升降壓與降壓原理的工作狀態，保證在一個工頻周期中變換器優化工作，實現高效變換。
【專利說明】一種高頻鏈逆變器及其數字控制裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器及其數字控制裝置， 屬於電力電子變換器及其控制【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 隨著光伏電池售價的持續降低和相關利好政策的出臺，越來越多的單位和個人對 光伏發電錶現出極大的興趣。為了高效利用光伏電池所發電能，對光伏電池所發電能變換 出現了兩個方向，一個是將多塊光伏電池串、並組合成一個大功率輸出口，由一臺光伏電能 變換器進行處理，可以實現較高的變換效率，但該方法不能發揮每塊光伏電池的最大輸出 功率，極大的影響了系統的整體效率。另一個研究方向是每個光伏電池模塊配備一臺微型 的變換器單元，如此可以實現單塊光伏電池輸出功率的最大化。
[0003] 對於單塊光伏電池，最常見的輸出功率和輸出電壓為200W、36V，要將如此低的電 壓變換為電網所能接受的電壓等級（在我國峰值電壓311V)，變換器必須採用升壓環節，或 在電網側採用工頻變壓器。一般人們採用Boost升壓變換器+SPWM逆變器的方式進行並 網，但是Boost升壓變換器的升壓比非常大，使得系統性能變差；若採用工頻變壓器升壓的 系統，其體積大、重量重、成本高，在很多場合下難以推廣。
[0004] 因此，對單塊光伏電池變換器中必須配備高頻隔離變壓器，常用的電路拓撲為交 錯並聯的反激逆變器結構，受制於反激變換器本身的特性，該拓撲很難在200W左右實現高 效率，因此必須尋找新的電路結構。
[0005] 常用的高頻鏈逆變器中，首先將輸入直流電變換為高頻交流電，經高頻變壓器隔 離、升/降壓，再經整流電路，得到直流電，最後再經過電網側逆變器進行併網。但對於直流 輸入電壓與交流輸出電壓等級相差很多時，就需要變壓器的變比過大或過小，造成變壓器 的漏感較大，從而影響到系統性能。一個簡單的解決方案是在變壓器前級高頻逆變器前插 入升壓變換器，所造成的後果就是功率變換級數多，系統效率低。
[0006] 高頻鏈逆變器中，整流器輸出有直流環節與偽直流環節之分，在小功率場合，由於 電網側的逆變器工頻動作，開關損耗低，因此受到廣泛應用。但是隨之而來的問題是，整流 器輸入高頻交流電壓的峰值必須大於電網電壓的峰值，仍然需要較大的變壓器變比才能實 現上述功能。此外，在電網電壓過零附近，整流器輸出電壓的峰值與整流器輸出電壓過大的 差值使得高頻逆變器的調製比非常小，造成系統的損耗偏大。
[0007] 因此，建立一種可以不增加功率變換級數、並且是合理變壓器變比的高頻鏈逆變 器、並且對不同階段的電網電壓值實現不同的控制策略，對於提高光伏電池的利用率、降低 系統成本具有積極的意義。
[0008] 因此，尋找不增加變換級數、合理的變壓器變比的高頻鏈逆變器及其相應的控制 策略、保證電能變換的高效率，並通過數字晶片控制實現整個系統的穩定運行是本發明的 主要任務。


【發明內容】

[0009] 發明目的：針對單塊光伏電池輸出電壓過低，在需要將光伏電池所發電能併網的 場合，為避免過大的變壓器變比造成系統性能的下降，實現在不增加功率變換級數的情況 下，降低變壓器的變比為原來的一半，保證變換器實現高效。由於電網電壓為正弦波，採用 偽直流環節的高頻鏈逆變器的整流器前級電壓峰值較高，在電網電壓過零附近時，變換器 調製比很小，造成系統效率偏低，對高頻鏈逆變器中的整流器進行改造，根據電網電壓的大 小分階段實現降壓、升降壓和升壓變換，可有效實現系統效率的提高。
[0010] 技術方案：
[0011] 一種基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器，包括第一升壓變換器、第二升壓 變換器、能量緩衝電感、高頻變壓器、半控整流器、整流濾波電容、工頻逆變器以及併網濾波 電感。其中第一升壓變換器以光伏電池作為輸入電源，並包含防反二極體、帶反並二極體的 第一開關管、第二開關管、第一升壓電感、光伏電池濾波電容、升壓輸出濾波電容；第一開關 管的源極和第二開關管的漏極連接，第一開關管的漏極和升壓輸出濾波電容的正端連接， 第二開關管的源極和升壓輸出濾波電容的負端連接，第一升壓電感的一端連接在第一開關 管的源極與第二開關管的漏極之間，第一升壓電感的另一端和防反二極體的陰極連接，防 反二極體的陽極與光伏電池的正端以及光伏電池濾波電容的正端連接，光伏電池的負端連 接在第二開關管的源極與升壓輸出濾波電容的負端之間，並且與光伏電池濾波電容的負端 連接；
[0012] 所述第二升壓變換器與第一升壓變換器共用光伏電池，防反二極體、光伏電池濾 波電容、升壓輸出濾波電容，並包含帶反並二極體的第三開關管、第四開關管、第二升壓電 感；第三開關管的源極和第四開關管的漏極連接，第三開關管的漏極連接在第一開關管的 漏極與升壓輸出濾波電容的正端之間，第四開關管的源極與第二開關管的源極、光伏電池 的負端、升壓輸出濾波電容的負端、光伏電池濾波電容的負端連接；第二升壓電感的一端連 接在第一升壓電感的另一端與防反二極體的陰極之間，第二升壓電感的另一端連接在第三 開關管的源極與第四開關管的漏極之間。所述能量緩衝電感的一端連接在第一開關管的源 極與第二開關管的漏極之間；
[0013] 所述高頻變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，其中原邊繞組的同名端和能量緩衝電 感的另一端連接，原邊繞組的異名端連接在第二升壓電感的另一端與第四開關管的漏極之 間，並且與第三開關管的源極連接；
[0014] 所述半控整流器包括帶反並二極體的第五開關管、第六開關管、第一二極體和第 二二極體，其中第一二極體的陽極和第五開關管的漏極連接，第二二極體的陽極和第六開 關管的漏極連接，第一二極體的陰極和第二二極體的陰極連接，第五開關管的源極和第六 開關管的源極連接，高頻變壓器副邊繞組的同名端連接在第一二極體的陽極與第五開關管 的漏極之間，副邊繞組的異名端連接在第二二極體的陽極與第六開關管的漏極之間；
[0015] 所述工頻逆變器包括帶反並二極體的第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十 開關管，其中第七開關管的源極和第八開關管的漏極連接，第九開關管的源極和第十開關 管的漏極連接，第七開關管的漏極和第九開關管的漏極連接；
[0016] 所述整流濾波電容的正端連接在第一二極體的陰極、第二二極體的陰極、第七開 關管的漏極以及第九開關管的漏極之間，整流濾波電容的負端連接在第五開關管的源極、 第六開關管的源極、第八開關管的源極以及第十開關管的源極之間。
[0017] 所述併網濾波電感的一端連接在第七開關管的源極與第八開關管的漏極之間，並 網濾波電感的另一端連接和電網火線連接，電網的零線連接在第九開關管的源極與第十開 關管的漏極之間；
[0018] 基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制裝置，其特徵在於：包括第 一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電流傳感器、第二電流傳感器以及DSP數字控制器， 其中DSP數字控制器包括鎖相環、最大功率點跟蹤模塊、乘法器、減法器、PI調節器、調製比 預計算模塊、PWM信號發生器、反相器、移相器以及極性識別器；
[0019] 第一電壓傳感器的輸入端連接在光伏電池的兩端，第二電壓傳感器連接在電網的 兩端，第一電流傳感器串聯在防反二極體的陽極端與光伏電池的正端之間，第二電流傳感 器的輸入端與併網濾波電感相串聯；
[0020] 鎖相環的輸入端接上述第二電壓傳感器的輸出端；最大功率點跟蹤模塊的第一輸 入端和第二輸入端分別連接上述第一電壓傳感器的輸出端和第一電流傳感器的輸出端；乘 法器的第一輸入端接鎖相環的輸出端，乘法器的第二輸入端接最大功率點跟蹤模塊的輸出 端；減法器的正輸入端接乘法器的輸出端，減法器的負輸入端接上述第二電流傳感器的輸 出端；PI調節器的輸入端接減法器的輸出端；調製比預計算模塊的第一輸入端接第一電壓 傳感器的輸出端，調製比預計算模塊的第二輸入端接乘法器的輸出端，調製比預計算模塊 的第三輸入端接第二電壓傳感器的輸出端；加法器的第一輸入端接PI的輸出端，加法器的 第二輸入端接調製比預計算模塊的輸出端；PWM信號發生器輸出端輸出第一開關管的驅動 信號，反相器的輸入端接PWM信號發生器的輸出端，反相器的輸出端輸出第二開關管的驅 動信號；移相器的第一輸入端接反相器的輸出端，移相器的第二輸入端接PWM信號發生器 的輸出端，移相器的第三輸入端接加法器的輸出端，移相器的輸出端輸出第三開關管、第四 開關管、第五開關管、第六開關管的驅動信號，極性識別器的輸入端接第二電壓傳感器的輸 出端，極性識別器的輸出端產生第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管的驅動 信號。
[0021] 基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制方法，其特徵在於：由第一 升壓變換器和第二升壓變換器可實現光伏輸出電壓的提升；同時第一升壓變換器和第二升 壓變換器又可通過移相控制組合成高頻逆變器，降低了器件數量，節省了成本；根據光伏電 池電壓和電網電壓控制半控整流器的輸出電壓，使之與前級高頻逆變器相配合，分階段形 成高頻交流升壓、升降壓與降壓原理的工作狀態，保證在一個工頻周期中變換器優化工作， 實現高效變換。
[0022] 有益效果：採用上述方案後，本發明由第一升壓變換器與第二升壓變換器將光伏 電池輸出電壓提升兩倍，並將第一升壓變換器、第二升壓變換器復用，構成高頻逆變器，如 此可將傳統高頻鏈逆變器中的變壓器變比降為原來的一半，並降低了系統的成本。將變壓 器後級的整流器改造為半控整流器以後，可以根據電網電壓的大小在一個工頻周期內分階 段實現高頻交流升壓、升降壓與降壓變換，使變換器的調製比始終工作在合理的範圍內，保 證了高頻鏈逆變器的高效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明實施例的基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器及其數字控制 裝置框圖；
[0024] 圖2為本發明實施例在一個開關周期內的主要信號波形示意圖；
[0025] 圖3為本發明實施例在高頻交流降壓模式時，一個開關周期內開關管驅動信號以 及主要電壓、電流波形圖；
[0026] 圖4為本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時，一個開關周期內開關管驅動信 號以及主要電壓、電流波形圖；
[0027] 圖5為本發明實施例在高頻交流升壓模式時，一個開關周期內開關管驅動信號以 及主要電壓、電流波形圖；
[0028] 圖6本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態1的等效電路圖；
[0029] 圖7本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態2的等效電路圖；
[0030] 圖8本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態3的等效電路圖；
[0031] 圖9本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態4的等效電路圖；
[0032] 圖10本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態5的等效電路圖；
[0033] 圖11本發明實施例在高頻交流升/降壓模式時模態6的等效電路圖；
[0034] 圖中符號名稱：UPV--光伏電池輸出電壓；IPV--光伏電池輸出電流；C PV-- 光伏電池濾波電容；UD。-升壓變換器輸出電壓；CD。-升壓輸出濾波電容；VD- 防反二極體；S1-S10--第一開關管至第十開關管；D1-D2--第一二極體與第二二極 管；L1-L2--第一升壓電感與第二升壓電感；Lr--能量緩衝電感；T--高頻變壓 器；W1--高頻變壓器原邊繞組；W2--高頻變壓器副邊繞組；UM--整流器輸出電壓； Ire--整流器輸出電流；--整流濾波電容；Lg--併網濾波電感；ig--併網電流； ug--電網電壓；1?--高頻變壓器原邊電壓；um--高頻變壓器副邊電壓；UPV f--第一 電壓傳感器輸出信號；IPV_f-第一電流傳感器輸出信號；ig_f-第二電流傳感器輸出信 號；Ugf--第二電壓傳感器輸出信號；I*--併網電流幅值基準信號；i*--併網電流相 位基準信號；ig*--併網電流基準信號；ig_e--併網電流誤差信號；Da--高頻鏈逆變器 的調製比微調信號；Db--高頻鏈逆變器的調製比預調信號；Db--高頻鏈逆變器的調製 比信號；usl?usl(1--第一開關管至第十開關管的驅動信號。

【具體實施方式】
[0035] 下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價 形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0036] 如圖1所示，基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器，包括第一升壓變換器、 第二升壓變換器、能量緩衝電感Lr、高頻變壓器T、半控整流器、整流濾波電容CM、工頻逆變 器以及併網濾波電感Lg，以下將就其相互連接關係及組成部件進行詳細說明。
[0037] 第一升壓變換器以光伏電池作為輸入電源，並包含防反二極體VD、帶反並二極體 的第一開關管S1、第二開關管S2、第一升壓電感L1、光伏電池濾波電容CPV、升壓輸出濾波電 容CD。；S1的源極和S2的漏極連接，S1的漏極與CD。的正端連接，S2的源極與C D。的負端連 接，L1的一端連接在S1的源極與S2的漏極之間，L1的另一端與VD的陰極連接，VD的陽極 與光伏電池的正端以及cpv的正端連接，光伏電池的負端連接在S2的源極與的負端之 間，並且還與CPV的負端連接；第二升壓變換器與第一升壓變換器共用光伏電池，二極體VD、 電容CPV、CD。，並包含帶反並二極體的第三開關管S3、第四開關管S4、第二升壓電感L2 ;S3的 源極和S4的漏極連接，S3的漏極連接在S1的漏極與CD。的正端之間，S4的源極與S2的源 極、光伏電池的負端、CDC的負端、CPV的負端連接；電感L2的一端連接在電感L1的另一端與 防反二極體VD的陰極之間，電感L2的另一端連接在S3的源極與S4的漏極之間；所述電 感Lr的一端連接在S1的源極與S2的漏極之間；高頻變壓器T包括原邊繞組W1和副邊繞 組W2,其中繞組W1的同名端和電感Lr的另一端連接，繞組W1的異名端連接在電感L2的 另一端與S4的漏極之間，並且與S3的源極連接；半控整流器包括帶反並二極體的第五開關 管S5、第六開關管S6、第一二極體D1和第二二極體D2,其中D1的陽極和S5的漏極連接，D2 的陽極和S6的漏極連接，D1的陰極和D2的陰極連接，S5的源極和S6的源極連接，繞組W2 的同名端連接在D1的陽極與S5的漏極之間，繞組W2的異名端連接在D2的陽極與S6的漏 極之間；工頻逆變器包括帶反並二極體的第七開關管S7、第八開關管S8、第九開關管S9、第 十開關管S10,其中S7的源極和S8的漏極連接，S9的源極和S10的漏極連接，S7的漏極和 S9的漏極連接；整流濾波電容的正端連接在D1的陰極、D2的陰極、S7的漏極以及S9的 漏極之間，電容的負端連接在S5的源極、S6的源極、S8的源極以及S10的源極之間；並 網濾波電感Lg的一端連接在S7的源極與S8的漏極之間，電感Lg的另一端連接和電網火線 連接，電網的零線連接在S9的源極與S10的漏極之間；
[0038] 基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制裝置，包括第一電壓傳感 器、第二電壓傳感器、第一電流傳感器、第二電流傳感器以及DSP數字控制器，其中DSP數字 控制器包括鎖相環、最大功率點跟蹤模塊、乘法器、減法器、PI調節器、調製比預計算模塊、 PWM信號發生器、反相器、移相器以及極性識別器；
[0039] 第一電壓傳感器的輸入端連接在光伏電池的兩端，第二電壓傳感器連接在電網的 兩端，第一電流傳感器串聯在防反二極體VD的陽極端與光伏電池的正端之間，第二電流傳 感器的輸入端與併網濾波電感Lg相串聯；
[0040] 鎖相環的輸入端接第二電壓傳感器的輸出端；最大功率點跟蹤模塊的第一輸入端 和第二輸入端分別連接上述第一電壓傳感器的輸出端和第一電流傳感器的輸出端；乘法器 的第一輸入端接鎖相環的輸出端，乘法器的第二輸入端接最大功率點跟蹤模塊的輸出端； 減法器的正輸入端接乘法器的輸出端，減法器的負輸入端接上述第二電流傳感器的輸出 端；PI調節器的輸入端接減法器的輸出端；調製比預計算模塊的第一輸入端接第一電壓傳 感器的輸出端，調製比預計算模塊的第二輸入端接乘法器的輸出端，調製比預計算模塊的 第三輸入端接第二電壓傳感器的輸出端；加法器的第一輸入端接PI的輸出端，加法器的第 二輸入端接調製比預計算模塊的輸出端；PWM信號發生器輸出端輸出S1的驅動信號，反相 器的輸入端接PWM信號發生器的輸出端，反相器的輸出端輸出S2的驅動信號；移相器的第 一輸入端接反相器的輸出端，移相器的第二輸入端接PWM信號發生器的輸出端，移相器的 第三輸入端接加法器的輸出端，移相器的輸出端輸出S3、S4、S5、S6的驅動信號；極性識別 器的輸入端接第二電壓傳感器的輸出端，極性識別器的輸出端產生S7、S8、S9、S10的驅動 信號。
[0041] 圖2給出了本發明在一個工頻周期內的波形調製示意圖，可以看出，在一個工頻 周期內，根據電網電壓的大小，分階段實現了高頻逆變器交流側與半控整流器交流側的高 頻交流降壓、升/降壓以及升壓模式，這樣更有利於系統佔空比的優化，提高系統效率。本 發明最基本的思想是，控制能量緩衝電感中的電流流出整流器的部分U，使之平均值與 併網電流的大小等值，如此可實現高質量的併網。利用極性識別器判別電網處於正半周還 是負半周，在正半周時，控制開關管S7與S10處於導通狀態，並且S8與S9處於截止狀態； 在負半周時，控制開關管S7與S10處於截止狀態，並且S8與S9處於導通狀態，從而使得將 前級調製好的電流波形輸送至電網。在該過程中，開關管S7至S10工頻開關，大大降低了 導通損耗，提高了系統效率。
[0042] 圖3、圖4和圖5進一步分別繪製了本發明在高頻交流降壓、升/降壓以及升壓狀 態下對應的開關管驅動信號，圖中詳細描述了高頻逆變器中的四個開關管與半控整流器中 兩個開關管的位置關係，開關管驅動信號直接決定了高頻逆變器交流側電壓uAB與半控整 流器的交流側電壓1?，而電壓uAB與um的相位與大小關係可確定變換器工作在何種狀態， 並且決定能量緩衝電感電流L全部或部分流到電網側。在高頻交流降壓情況下，能量緩衝 電感電流h全部傳遞到電網側；在高頻交流升/降壓與升壓情況下，能量緩衝電感電流仁 部分傳遞到電網側。
[0043] 本發明在降壓、升/降壓與升壓情況下雖然效果差別巨大，但對應的工作過程類 似，因此僅對本發明處於升/降壓情況下的工作過程作具體說明。圖6至圖11給出了在電 網電壓正半周時，本發明處於升/降壓情況下不同階段的等效電路；本發明在電網電壓負 半周時，除了電網側工頻逆變器中開關管由S7、S10導通變為S8、S9開通以外，其餘電路工 作情況一致。
[0044] 開關模態1 [對應圖6]:
[0045] h時刻前，開關管S1、S3處於導通狀態，能量緩衝電感中無電流，併網電流由存儲 在電容(；6中的能量維持。h時刻，開關管S4開通，S3關斷，半控整流器中S5處於開通狀 態。由於開關管S1、S4導通，因此uAB = UDC，能量緩衝電感電流仁從零開始線性上升，並流 經開關管SI、S4。半控整流器中，由於S5處於導通狀態，因此變壓器副邊電流流經開關管 S5與S6的體二極體。此階段中，緩衝電感Lr儲存能量，緩衝電感電流^線性增加，輸入側 光伏電池的能量不能傳遞到輸出電網側。
[0046] 開關模態2 [對應圖7]:
[0047] h時刻，關斷開關管S1和S5,開通開關管S2、S6,則電壓1? = 0, um = 。此階 段中，變壓器原邊電路中，能量緩衝電感電流L通過開關管S2和S4續流；變壓器副邊電流 流經二極體D1與開關管S6,因此電壓um = 。由於該階段電壓uAB = 0, um = ，所以 輸入側的光伏電池能量僅向第一升壓電感L1與第二升壓電感L2中轉移，不向能量緩衝電 感Lr中轉移。緩衝電感Lr在前一階段儲存的能量通過二極體D1與開關管S6釋放，傳遞 到電網側。
[0048] 開關申旲態3 [對應圖8]:
[0049] t2時刻，能量緩衝電感電流i,下降到零，此階段中，開關管S2與S4中僅僅流過第 一升壓電感L1與第二升壓電感L2中的電流；半控整流器中，無電流流過任何一個開關管與 二極體。
[0050] 開關模態4 [對應圖9]:
[0051] t3時刻，開關管S4關斷，S3開通，此時，電壓Uab由0變為-UDC，能量緩衝電感電流 i/流經開關管S2與S3,並開始反向增加；變壓器副邊電路中，由於開關管S6處於導通狀態， 因此電流流經S6與S5的體二極體，因此um = 0,能量緩衝電感中所存儲的能量不能傳遞 到電網側。
[0052] 開關模態5 [對應圖10]:
[0053] t4時刻，關斷開關管S2、S6,開通開關管SI、S5。則電壓1?由-UDC；變為0,而變壓 器副邊電路中，由於開關管S5的導通，因此變壓器副邊電流流經二極體D2與開關管S5,並 傳遞到電網側。
[0054] 開關模態6 [對應圖11]:
[0055] t5時刻，能量緩衝電感電流i,反向下降到零，此階段中，開關管S1與S3中僅僅流 過第一升壓電感L1與第二升壓電感L2中的電流；半控整流器中，無電流流過任何一個開關 管與二極體。
[0056] t6時刻，下一個開關周期開始，本發明重複Vh時間段的工作過程。
[0057] 綜上所述，基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制方法，可由第一 升壓變換器和第二升壓變換器可實現光伏輸出電壓的提升；同時第一升壓變換器和第二升 壓變換器又可通過移相控制組合成高頻逆變器，降低了器件數量，節省了成本；根據光伏電 池電壓和電網電壓控制半控整流器的輸出電壓，使之與前級高頻逆變器相配合，分階段形 成高頻交流升壓、升降壓與降壓原理的工作狀態，保證在一個工頻周期中變換器優化工作， 實現高效變換。
【權利要求】
1. 一種基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器，其特徵在於：包括第一升壓變換 器、第二升壓變換器、能量緩衝電感、高頻變壓器、半控整流器、整流濾波電容、工頻逆變器 以及併網濾波電感；其中第一升壓變換器以光伏電池作為輸入電源，並包含防反二極體 VD、帶反並二極體的第一開關管、第二開關管、第一升壓電感L1、光伏電池濾波電容CPV、升 壓輸出濾波電容CD。；第一開關管的源極和第二開關管的漏極連接，第一開關管的漏極和升 壓輸出濾波電容CD。的正端連接，第二開關管的源極和升壓輸出濾波電容CD。的負端連接，第 一升壓電感L1的一端連接在第一開關管的源極與第二開關管的漏極之間，第一升壓電感 L1的另一端和防反二極體VD的陰極連接，防反二極體VD的陽極與光伏電池的正端以及光 伏電池濾波電容CPV的正端連接，光伏電池的負端連接在第二開關管的源極與升壓輸出濾 波電容CDC的負端之間，並且與光伏電池濾波電容CPV的負端連接； 所述第二升壓變換器與第一升壓變換器共用光伏電池，防反二極體VD、光伏電池濾波 電容CPV和升壓輸出濾波電容CD。，第二升壓變換器並包含帶反並二極體的第三開關管、第四 開關管、第二升壓電感L2;第三開關管的源極和第四開關管的漏極連接，第三開關管的漏 極連接在第一開關管的漏極與升壓輸出濾波電容CD。的正端之間，第四開關管的源極與第 二開關管的源極、光伏電池的負端、升壓輸出濾波電容CD。的負端、光伏電池濾波電容CPV的 負端連接；第二升壓電感L2的一端連接在第一升壓電感L1的另一端與防反二極體VD的陰 極之間，第二升壓電感L2的另一端連接在第三開關管的源極與第四開關管的漏極之間；所 述能量緩衝電感的一端連接在第一開關管的源極與第二開關管的漏極之間； 所述高頻變壓器包括原邊繞組W1和副邊繞組W2,其中原邊繞組W1的同名端和能量緩 衝電感的另一端連接，原邊繞組W1的異名端連接在第二升壓電感L2的另一端與第四開關 管的漏極之間，並且與第三開關管的源極連接； 所述半控整流器包括帶反並二極體的第五開關管、第六開關管、第一二極體和第二二 極管，其中第一二極體的陽極和第五開關管的漏極連接，第二二極體的陽極和第六開關管 的漏極連接，第一二極體的陰極和第二二極體的陰極連接，第五開關管的源極和第六開關 管的源極連接，高頻變壓器副邊繞組W2的同名端連接在第一二極體的陽極與第五開關管 的漏極之間，副邊繞組W2的異名端連接在第二二極體的陽極與第六開關管的漏極之間； 所述工頻逆變器包括帶反並二極體的第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關 管，其中第七開關管的源極和第八開關管的漏極連接，第九開關管的源極和第十開關管的 漏極連接，第七開關管的漏極和第九開關管的漏極連接； 所述整流濾波電容的正端連接在第一二極體的陰極、第二二極體的陰極、第七開關 管的漏極以及第九開關管的漏極之間，整流濾波電容的負端連接在第五開關管的源極、 第六開關管的源極、第八開關管的源極以及第十開關管的源極之間。 所述併網濾波電感Lg的一端連接在第七開關管的源極與第八開關管的漏極之間，併網 濾波電感、的另一端連接和電網火線連接，電網的零線連接在第九開關管的源極與第十開 關管的漏極之間。
2. -種如權利要求1所述的基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制裝 置，其特徵在於：包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電流傳感器、第二電流傳感器 以及DSP數字控制器，其中DSP數字控制器包括鎖相環、最大功率點跟蹤模塊、乘法器、減法 器、PI調節器、調製比預計算模塊、PWM信號發生器、反相器、移相器以及極性識別器； 第一電壓傳感器的輸入端連接在光伏電池的兩端，第二電壓傳感器連接在電網的兩 端，第一電流傳感器串聯在防反二極體VD的陽極端與光伏電池的正端之間，第二電流傳感 器的輸入端與併網濾波電感Lg相串聯； 鎖相環的輸入端接上述第二電壓傳感器的輸出端；最大功率點跟蹤模塊的第一輸入端 和第二輸入端分別連接上述第一電壓傳感器的輸出端和第一電流傳感器的輸出端；乘法器 的第一輸入端接鎖相環的輸出端，乘法器的第二輸入端接最大功率點跟蹤模塊的輸出端； 減法器的正輸入端接乘法器的輸出端，減法器的負輸入端接上述第二電流傳感器的輸出 端；PI調節器的輸入端接減法器的輸出端；調製比預計算模塊的第一輸入端接第一電壓傳 感器的輸出端，調製比預計算模塊的第二輸入端接乘法器的輸出端，調製比預計算模塊的 第三輸入端接第二電壓傳感器的輸出端；加法器的第一輸入端接PI的輸出端，加法器的第 二輸入端接調製比預計算模塊的輸出端；PWM信號發生器輸出端輸出第一開關管的驅動信 號，反相器的輸入端接PWM信號發生器的輸出端，反相器的輸出端輸出第二開關管的驅動 信號；移相器的第一輸入端接反相器的輸出端，移相器的第二輸入端接PWM信號發生器的 輸出端，移相器的第三輸入端接加法器的輸出端，移相器的輸出端輸出第三開關管、第四開 關管、第五開關管、第六開關管的驅動信號，極性識別器的輸入端接第二電壓傳感器的輸出 端，極性識別器的輸出端產生第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管的驅動信 號。
3.如權利要求2所述的基於高頻交流升、降壓原理的高頻鏈逆變器的數字控制裝置， 其特徵在於：設第一電壓傳感器輸出信號電壓為UPV_f，乘法器輸出信號電壓為&，第二電壓 傳感器輸出信號電壓為ug_f，、根據第一電壓傳感器輸出信號電壓與第二電壓傳感器輸出信 號電壓的範圍，得到佔空比預調製比的輸出信號Db為：
其中，n為變壓器副邊與原邊 的匝比，L為能量緩衝電感的感值，Ts為開關管開關周期。
【文檔編號】H02M3/155GK104410316SQ201410797107
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】吳雲亞, 闞加榮, 梁豔, 吳冬春, 薛迎成, 彭思敏, 姚志壘 申請人:鹽城工學院