具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器及功率解耦方法

2023-06-02 00:31:11

具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器及功率解耦方法
【專利摘要】本發明涉及微型單相光伏併網逆變器【技術領域】，具體公開了一種具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器及其功率解耦控制方法，逆變器包括升降壓變流器、單相兩橋臂逆變電路、交流低通輸出濾波電路以及主動功率解耦電路，所述主動功率解耦電路嵌入所述單相兩橋臂逆變電路中組成三橋臂逆變電路；逆變器的直流輸入源與所述升降壓變流器的輸入端連接，其間並聯一輸入濾波電容，所述升降壓變流器的輸出端與所述三橋臂逆變電路的輸入端連接，所述三橋臂逆變電路輸出端與所述交流低通輸出濾波電路的輸入端連接；採用採用脈寬能量調製法進行功率解耦控制。本發明可以使用非電解電容作為解耦電容，避免使用電解電容，從而延長逆變器的故障間隔時間，提高系統的可靠性。
【專利說明】具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器及功率解耦方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微型單相光伏併網逆變器【技術領域】，特別涉及一種具有主動功率解耦 功能的單相併網逆變器及其功率解耦控制方法。

【背景技術】
[0002] 住宅供電多以單相電為主，故單相併網逆變器拓撲被廣泛地應用於家庭分布式發 電系統中。但單相併網逆變器在滿足併網要求的同時，會導致逆變器的輸入側出現兩倍工 頻的功率脈動。輸入側低頻功率脈動會嚴重影響直流輸入源能量利用率和增加輸出併網電 流的總諧波畸變率。
[0003] 現有技術中通常採用被動功率解耦的方法解決這一問題，即通過在直流輸入源與 逆變器中間並聯大容值的輸入濾波電容，利用電容自身特性被動吸收脈動功率以實現逆變 器輸入與輸出的瞬時功率平衡，並保證輸入側直流功率恆定。輸入濾波電容容值為：
[0004] C = Wstore_total/( Δ V * Vin)
[0005] 其中，WstOTe-tQtal = Pin/?是功率解耦所需吸收的總能量，取決於直流輸入側瞬時功 率，故穩恆；Λ V是直流輸入電壓脈動的峰峰值；Vin是直流輸入電壓的平均值。輸入濾波電 容在完全吸收脈動功率的同時還需減少直流輸入電壓的脈動。為得到比較寬泛的直流輸入 工作電壓以提高直流輸入能量利用率，直流輸入電壓的平均值應該儘量取小。這一特性使 得採用被動功率解耦方法惟有增加輸入濾波電容容值，通過大容值的電解電容去除輸入側 的兩倍工頻的功率脈動。例如，直流輸入側瞬時功率為400瓦，直流輸入電壓為96伏，直流 輸入電壓脈動的峰峰值取10%，則輸入濾波電容至少選用容值為133毫法的電解電容。然 而電解電容的平均故障間隔時間短的特點會制約逆變器的平均故障間隔時間，從而降低系 統的可靠性。


【發明內容】

[0006] 本發明要解決的問題是現有的逆變器功率解耦系統可靠性低的缺陷，提供一種具 有主動功率解耦功能的單相併網逆變器以及功率解耦控制方法，其可避免使用電解電容延 長逆變器的故障間隔時間，提高系統可靠性。
[0007] 為實現上述目的，本發明所採用的技術方案為：
[0008] -種具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其包括升降壓變流器、單相兩橋 臂逆變電路、交流低通輸出濾波電路以及主動功率解耦電路，所述主動功率解耦電路嵌入 所述單相兩橋臂逆變電路中組成三橋臂逆變電路；逆變器的直流輸入源與所述升降壓變流 器的輸入端連接，其間並聯一輸入濾波電容，所述升降壓變流器的輸出端與所述三橋臂逆 變電路的輸入端連接，所述三橋臂逆變電路輸出端與所述交流低通輸出濾波電路的輸入端 連接。
[0009] 優選地，所述主動功率解耦電路包括上橋臂解耦開關管、下橋臂解耦開關管、上橋 臂迴路開關管、下橋臂迴路開關管、解耦二極體、迴路二極體以及解耦電容；所述上橋臂解 耦開關管的漏極以及所述上橋臂迴路開關管的漏極分別與直流輸入源的負極端相連接；所 述下橋臂解耦開關管的源極以及所述迴路二極體的陰極分別與升降壓變流器相連接；解耦 電容一端分別與解耦二級管的陰極以及下橋臂解耦開關管的漏極相連接，另一端與上橋臂 迴路開關管的源極和下橋臂迴路開關管的漏極相連接；所述上橋臂解耦開關管的源極與 解耦二極體的陽極、下橋臂解耦開關管的漏極依次串聯連接組成解耦橋臂；所述上橋臂回 路開關管的源極與下橋臂解耦開關管的漏極、迴路二極體的陽極依次串聯連接組成迴路橋 臂。
[0010] 優選地，所述升降壓變流器包括升降壓開關管、第一升降壓二極體、第二升降壓二 極管以及升降壓電感；逆變器的直流輸入源的正極端與第一升降壓二極體的陽極、升降壓 開關管的漏極依次串聯連接；升降壓開關管的源極分別與第二升降壓二極體的陰極以及升 降壓電感升降壓電感的一端相連接；升降壓電感的另一端與直流輸入源的負極端相連接。 [0011] 優選地，所述單相兩橋臂逆變電路包括與主動功率解耦電路共用的上橋臂迴路開 關管、下橋臂迴路開關管以及迴路二極體，還包括上橋臂極性轉換開關管、下橋臂極性轉 換開關管、上橋臂極性轉換二極體以及下橋臂極性轉換二極體，所述上橋臂極性轉換開關 管的漏極與所述上橋臂迴路開關管的漏極相連接；所述下橋臂極性轉換二極體的陰極與所 述迴路二極體的陰極相連；所述上橋臂極性轉換開關管的源極分別與上橋臂極性轉換二極 管的陽極、下橋臂極性轉換開關管的漏極、下橋臂極性轉換二極體的陽極依次串聯連接組 成極性轉換橋臂。
[0012] 優選地，所述交流低通輸出濾波電路包括濾波電容以及第一濾波電感，所述第一 濾波電感的一端與下橋臂極性轉換開關管的漏極和上橋臂極性轉換二極體的陰極相連接， 另一端與電網的N端連接；或者所述第一濾波電感一端與上橋臂迴路開關管的源極和下橋 臂迴路開關管的漏極相連接，另一端與電網的L端連接，所述濾波電容的一端與所述上橋 臂迴路開關管的源極、下橋臂迴路開關管的漏極相連接，另一端與上橋臂極性轉換二極體 的陰極、下橋臂極性轉換開關管的漏極相連接。
[0013] 優選地，所述交流低通輸出濾波電路還包括第二濾波電感，所述第一濾波電感的 一端與下橋臂極性轉換開關管的漏極和上橋臂極性轉換二極體的陰極相連接，另一端與電 網的N端連接，所述第二濾波電感的一端與上橋臂迴路開關管的源極和下橋臂迴路開關管 的漏極相連接，另一端與電網的L端連接。
[0014] 優選地，所述濾波電容、輸入濾波電容與解耦電容均為非電解電容。
[0015] 一種單相併網逆變器的功率解耦控制方法，採用脈寬能量調製：
[0016] 通過控制升降壓變流器中升降壓開關管的導通來控制單位開關周期內逆變器的 輸入能量穩恆，實現直流輸入側瞬時功率平滑輸出；根據單位開關周期內逆變器輸入能量 計算出單位開關周期內逆變器所需輸出能量；通過控制主動功率解耦電路中迴路橋臂中上 橋臂迴路開關管、下橋臂迴路開關管的導通實現逆變器能量流向的切換，達到控制單位開 關周期內逆變器輸出能量的目的，保證輸出瞬時功率按照兩倍工頻脈動且輸出平均功率等 於輸入直流瞬時功率；通過控制單相兩橋臂逆變電路中的上橋臂極性轉換開關管、下橋臂 極性轉換開關管，對正弦半波化輸出電流按照工頻進行極性轉換，實現正弦化輸出電流注 入電網。
[0017] 優選地，所述單相併網逆變器的功率解耦控制方法為：當單位開關周期內所述逆 變器輸入能量大於單位開關周期內逆變器所需輸出能量時，所述主動功率解耦電路主動儲 存多餘的能量；所述逆變器解耦橋臂的上橋臂解耦開關管導通，下橋臂解耦開關管關閉； 所述逆變器迴路橋臂中上橋臂迴路開關管關閉，下橋臂解耦開關管導通；當所述解耦電容 儲存能量達到要求時，通過所述逆變器迴路橋臂切換逆變器能量流向；所述逆變器迴路橋 臂配合極性轉換橋臂的上橋臂極性轉換開關管、下橋臂極性轉換開關管構成迴路向電網側 饋送能量直至能量為零；所述逆變器極性轉換橋臂中上橋臂極性轉換開關管、下橋臂極性 轉換開關管按照電網電壓極性開通關斷；當單位開關周期內所述逆變器輸入能量小於單位 開關周期內逆變器所需輸出能量時，所述主動功率解耦電路主動釋放所需的能量；所述逆 變器解耦橋臂的上橋臂解耦開關管關閉，下橋臂解耦開關管導通；所述逆變器迴路橋臂中 上橋臂迴路開關管、下橋臂解耦開關管導通，迴路二極體反偏關斷；當所述解耦電容釋放能 量達到要求時，所述逆變器解耦橋臂的下橋臂解耦開關管關斷；所述逆變器迴路橋臂配合 極性轉換橋臂的上橋臂極性轉換開關管、下橋臂極性轉換開關管構成迴路向電網側饋送能 量直至能量為零；所述逆變器極性轉換橋臂中的上橋臂極性轉換開關管、下橋臂極性轉換 開關管按照電網電壓極性開通關斷。
[0018] 優選地，所述單相併網逆變器的功率解耦控制方法中：
[0019] 第k個單位開關周期內所述逆變器的輸入能量Win為：
[0020] ?；=仁:嘆 & (郵=H ⑴ / 2
[0021] 第k個單位開關周期內所述逆變器的所需輸出能量Wwt為：
[0022] Wout = Win (1-cos (2 ω kTs))
[0023] 第k個單位開關周期內所述逆變器解耦電路的能量Wst_為：
[0024] Wstore = ffin-ffout = ffin · cos (2 ω kTs)
[0025] 其中Pin為直流輸入源的恆定輸出功率；TS為所述逆變器的開關周期；ω為電網角 頻率。
[0026] 本發明所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器及其功率解耦方法，其有益 效果為：
[0027] 通過附加功率解耦電路主動儲存和釋放能量，從而實現逆變器的交流側瞬時功率 兩倍工頻時變同時保持直流側瞬時功率平滑，並且使得直流側瞬時功率等於交流側平均 功率在無損的系統下。通過解耦電容移除輸入濾波電容上低頻功率脈動，從而實現降低輸 入濾波電容容值要求。通過升降壓電路對解耦電容電壓自舉升壓有利於減少解耦電容容 值。由於附加的解耦電路與直流輸入源和逆變電路是三端連接，增大解耦電容電壓脈動並 不影響直流激勵的伏安外特性。故通過增加解耦電容電壓脈動也有利於減少解耦電容容 值，這兩個特性使得可以使用非電解電容作為解耦電容，避免使用電解電容延長逆變器的 故障間隔時間，提高系統的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明實施例具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器的原理圖；
[0029] 圖2是本發明實施例具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器在整功率因數下 一個工頻周期內的運行區間示意圖；
[0030] 圖3是本發明實施例具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器一個工頻周期內 在四種基本工作模式下的開關管開關序列。
[0031] 其中：
[0032] 1、升降壓變流器；11、升降壓開關管；12、第一升降壓二極體；13、第二升降壓二極 管；14、升降壓電感；2、單相兩橋臂逆變電路；21、上橋臂極性轉換開關管；22、下橋臂極性 轉換開關管；23、上橋臂極性轉換二極體；24、下橋臂極性轉換二極體；3、交流低通輸出濾 波電路；31、濾波電容；32、第一濾波電感；33、第二濾波電感；4、主動功率解耦電路；41、上 橋臂解耦開關管；42、下橋臂解耦開關管；43、上橋臂迴路開關管；44、下橋臂迴路開關管； 45、解耦二極體；46、迴路二極體；47、解耦電容；5、三橋臂逆變電路；6、直流輸入源；7、電 網；8、輸入濾波電容。

【具體實施方式】
[0033] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一 步地詳細描述。
[0034] 實施例：
[0035] 請參照圖1，本發明所述的具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其包括升降 壓變流器1、單相兩橋臂逆變電路2、交流低通輸出濾波電路3以及主動功率解耦電路4,主 動功率解耦電路4嵌入單相兩橋臂逆變電路2中組成三橋臂逆變電路5 ;逆變器的直流輸 入源6與升降壓變流器1的輸入端連接，其間並聯一輸入濾波電容8,升降壓變流器1的輸 出端與三橋臂逆變電路5的輸入端連接，三橋臂逆變電路5輸出端與交流低通輸出濾波電 路3的輸入端連接，形成單相併網逆變器的電路。
[0036] 其中，主動功率解耦電路4包括上橋臂解耦開關管41、下橋臂解耦開關管42、上橋 臂迴路開關管43、下橋臂迴路開關管44、解耦二極體45、迴路二極體46以及解耦電容47 ; 上橋臂解耦開關管41的漏極以及上橋臂迴路開關管43的漏極分別與直流輸入源6的負極 端相連接；下橋臂解耦開關管42的源極以及所述迴路二極體46的陰極分別與升降壓變流 器1相連接；解耦電容47 -端分別與解耦二級管45的陰極以及下橋臂解耦開關管42的漏 極相連接，另一端與上橋臂迴路開關管43的源極和下橋臂迴路開關管44的漏極相連接；上 橋臂解耦開關管41的源極與解耦二極體45的陽極、下橋臂解耦開關管42的漏極依次串聯 連接組成解耦橋臂；所述上橋臂迴路開關管43的源極與下橋臂解耦開關管42的漏極、迴路 二極體46的陽極依次串聯連接組成迴路橋臂。
[0037] 升降壓變流器1包括升降壓開關管11、第一升降壓二極體12、第二升降壓二極體 13以及升降壓電感14 ;逆變器的直流輸入源6的正極端與第一升降壓二極體12的陽極、升 降壓開關管11的漏極依次串聯連接；升降壓開關管11的源極分別與第二升降壓二極體13 的陰極以及升降壓電感升降壓電感14的一端相連接；升降壓電感14的另一端與直流輸入 源6的負極端相連接。
[0038] 單相兩橋臂逆變電路2包括與主動功率解耦電路4共用的上橋臂迴路開關管43、 下橋臂迴路開關管44以及迴路二極體46,還包括上橋臂極性轉換開關管21、下橋臂極性轉 換開關管22、上橋臂極性轉換二極體23以及下橋臂極性轉換二極體24,上橋臂極性轉換開 關管21的漏極與所述上橋臂迴路開關管43的漏極相連接；所述下橋臂極性轉換二極體24 的陰極與所述迴路二極體46的陰極相連；所述上橋臂極性轉換開關管21的源極分別與上 橋臂極性轉換二極體23的陽極、下橋臂極性轉換開關管22的漏極、下橋臂極性轉換二極體 24的陽極依次串聯連接組成極性轉換橋臂。
[0039] 交流低通輸出濾波電路3包括濾波電容31以及第一濾波電感32,其中第一濾波電 感32的連接方式可以是：第一濾波電感32 -端與下橋臂極性轉換開關管22的漏極和上 橋臂極性轉換二極體23的陰極相連接，另一端與電網7的N端連接；或者第一濾波電感32 的一端與上橋臂迴路開關管43的源極和下橋臂迴路開關管44的漏極相連接，另一端與電 網7的L端連接。濾波電容31的一端與所述上橋臂迴路開關管43的源極、下橋臂迴路開 關管44的漏極相連接，另一端與上橋臂極性轉換二極體23的陰極、下橋臂極性轉換開關管 22的漏極相連接。上述只包括一個濾波電感的電路未在圖中示出。
[0040] 還可以在交流低通輸出濾波電路3中設置兩個濾波電感，即交流低通輸出濾波電 路3還包括第二濾波電感33,此時第一濾波電感32 -端與下橋臂極性轉換開關管22的漏 極和上橋臂極性轉換二極體23的陰極相連接，另一端與電網7的N端連接，第二濾波電感 33 -端與上橋臂迴路開關管43的源極和下橋臂迴路開關管44的漏極相連接，另一端與電 網7的L端連接。
[0041] 其中，濾波電容31、輸入濾波電容8與解耦電容47均為非電解電容。
[0042] 上述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，是通過控制升降壓變流器1中升 降壓開關管11的導通來控制單位開關周期內逆變器的輸入能量穩恆，實現直流輸入側瞬 時功率平滑輸出；根據單位開關周期內逆變器輸入能量計算出單位開關周期內逆變器所需 輸出能量；通過控制主動功率解耦電路4中迴路橋臂中上橋臂迴路開關管43、下橋臂解耦 開關管42的導通實現逆變器能量流向的切換，達到控制單位開關周期內逆變器輸出能量 的目的，保證輸出瞬時功率按照兩倍工頻脈動且輸出平均功率等於輸入直流瞬時功率；通 過控制單相兩橋臂逆變電路2中的上橋臂極性轉換開關管21、下橋臂極性轉換開關管22， 對正弦半波化輸出電流按照工頻進行極性轉換，實現正弦化輸出電流注入電網7。
[0043] 具體是：當單位開關周期內所述逆變器輸入能量大於單位開關周期內逆變器所需 輸出能量時，所述主動功率解耦電路4主動儲存多餘的能量；所述逆變器解耦橋臂的上橋 臂解耦開關管41導通，下橋臂解耦開關管42關閉；所述逆變器迴路橋臂中上橋臂迴路開關 管43關閉，下橋臂解耦開關管42導通；當所述解耦電容47儲存能量達到要求時，通過所述 逆變器迴路橋臂切換逆變器能量流向；所述逆變器迴路橋臂配合極性轉換橋臂的上橋臂極 性轉換開關管21、下橋臂極性轉換開關管22構成迴路向電網側饋送能量直至能量為零；所 述逆變器極性轉換橋臂中上橋臂極性轉換開關管21、下橋臂極性轉換開關管22按照電網7 的電壓極性開通關斷；當單位開關周期內所述逆變器輸入能量小於單位開關周期內逆變器 所需輸出能量時，所述主動功率解耦電路4主動釋放所需的能量；所述逆變器解耦橋臂的 上橋臂解耦開關管41關閉，下橋臂解耦開關管42導通；所述逆變器迴路橋臂中上橋臂迴路 開關管43、下橋臂解耦開關管42導通，迴路二極體46反偏關斷；當所述解耦電容47釋放 能量達到要求時，所述逆變器解耦橋臂的下橋臂解耦開關管42關斷；所述逆變器迴路橋臂 配合極性轉換橋臂的上橋臂極性轉換開關管21、下橋臂極性轉換開關管22構成迴路向電 網側饋送能量直至能量為零；所述逆變器極性轉換橋臂中的上橋臂極性轉換開關管21、下 橋臂極性轉換開關管22按照電網7的電壓極性開通關斷。
[0044] 舉例說明：請參照圖2,一個工頻周期內，在整功率因數下（coset = 1)正弦電網 電壓v#id所對應的逆變器輸出瞬時功率為Pout。
[0045] 電網電壓：vgrid(t) = Vmsin(c〇t)
[0046] 電網電流：igrid(t) = Imsin(c〇t)
[0047] 輸出瞬時功率：p〇ut(t) = vgrid(t) · igrid(t) = Vm · Im[l_cos(2c0t)]/2 = Pav+Pac
[0048] 其中VmS電網電壓峰值；Im為併網電流峰值；ω為電網角頻率；P av為逆變器輸出 平均功率；Pa。為逆變器輸出脈動功率。當逆變器輸出平均功率等於逆變器輸入功率且主動 功率解耦電路4的吸收功率等於逆變器輸出脈動功率時，逆變器實現輸入與輸出側瞬時功 率解耦。
[0049] 第k個單位開關周期內逆變器的輸入能量Win為：
[0050] = PJt)dt = Pin -Ts=Vm·/," -Ts/2 = L-iL2(t)/2
[0051] 第k個單位開關周期內所述逆變器的所需輸出能量Wwt為：
[0052] Wout = Win (1-cos (2 ω kTs))
[0053] 在第k個單位開關周期時刻逆變器解耦電路內的能量Wst_S :
[0054] Wslore = ￡Γ· PJt = VJn sm(2cokTs) / (4co)
[0055] 其中Pin為直流輸入源6的穩恆輸出功率；TS為所述逆變器的開關周期。根據輸入 瞬時功率與輸出瞬時功率的比較，一個工頻周期被分為兩種主要工作情況：1)輸入瞬時功 率大於輸出瞬時功率時為儲能模式；2)輸入瞬時功率小於輸出瞬時功率時為釋能模式。 按照逆變器輸出電流極性，每種主要工作情況又被分成兩種基本模式。所以，在一個工頻周 期被平均分為八個區間中逆變器交替工作在四種基本工作模式。
[0056] 請參照圖3, 一個工頻周期內，主動功率解耦控制具體體現在四種不同的基本工作 模式下的逆變器開關管開關序列。其中，S0為升降壓變流器1的升降壓開關管11 ;S1為回 路橋臂的上橋臂迴路開關管43 ;S2為迴路橋臂的下橋臂迴路開關管44 ;S3為極性轉換橋 臂的上橋臂極性轉換開關管21 ;S4為性轉換橋臂的下橋臂極性轉換開關管22 ;S5為解耦 橋臂的上橋臂解耦開關管41 ;S6為解耦橋臂的下橋臂解耦開關管42。
[0057] -個開關周期內，逆變器經過四種基本工作狀態的切換。輸入能量儲存狀態，通過 控制升降壓開關管11的導通控制單位開關周期內所述逆變器的輸入能量穩恆，從而實現 直流輸入側瞬時功率平滑輸出。主動功率解耦電路4儲存能量狀態，當單位開關周期內逆 變器輸入能量大於單位開關周期內逆變器所需輸出能量時，主動功率解耦電路4主動儲存 多餘的能量。逆變器解耦橋臂中上橋臂解耦開關管41開通，下橋臂解耦開關管42關閉；逆 變器迴路橋臂中上橋臂迴路開關管43關閉，下橋臂迴路開關管44開通。當主動功率解耦 電路4儲存能量達到要求時，在模式一下通過逆變器迴路橋臂上橋臂迴路開關管43開通使 解耦二極體45反偏關斷，切換逆變器能量流向；在模式二下通過逆變器解耦橋臂中上橋臂 解耦開關管41關斷切換逆變器能量流向。主動功率解耦電路4釋放能量狀態，當單位開關 周期內逆變器輸入能量小於單位開關周期內逆變器所需輸出能量時，主動功率解耦電路4 主動釋放所需的能量。逆變器解耦橋臂中上橋臂解耦開關管41關閉，下橋臂解耦開關管42 開通使得迴路橋臂中迴路二極體46反偏關斷。當上橋臂解耦開關管41釋放能量達到要求 時，在模式三與模式四下通過解耦橋臂中的下橋臂解耦開關管42的關斷切換逆變器能量 流向，從而達到控制單位開關周期內逆變器輸出能量的目的，以保證輸出瞬時功率按照兩 倍工頻脈動，且輸出平均功率等於輸入直流瞬時功率。
[0058] 在逆變器有源工作狀態下，迴路橋臂的上橋臂迴路開關管43、下橋臂解耦開關管 42與極性轉換橋臂的上橋臂極性轉換開關管21、下橋臂極性轉換開關管22構成迴路，向交 流側饋送能量直至能量為零；逆變器極性轉換橋臂中上橋臂極性轉換開關管21，下橋臂 極性轉換開關管22按照電網7電壓極性開通關斷。因為逆變器輸出電壓被電網7電壓箝 位，故保持輸出瞬時功率按照兩倍工頻脈動且輸出平均功率等於輸入瞬時功率就意味逆變 器保持正弦化輸出電流注入電網。
[0059] 按照上述功率解耦方法控制，可以去除單相併網逆變器直流輸入側兩倍工頻功率 脈動，並且縮小輸入濾波電容值與解耦電容值。
[0060] 以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員 來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：包括升降壓變流器 (1)、單相兩橋臂逆變電路（2)、交流低通輸出濾波電路（3)以及主動功率解耦電路（4)，所 述主動功率解耦電路（4)嵌入所述單相兩橋臂逆變電路（2)中組成三橋臂逆變電路（5); 逆變器的直流輸入源（6)與所述升降壓變流器（1)的輸入端連接，其間並聯一輸入濾波電 容（8)，所述升降壓變流器（1)的輸出端與所述三橋臂逆變電路（5)的輸入端連接，所述三 橋臂逆變電路（5)輸出端與所述交流低通輸出濾波電路（3)的輸入端連接。
2. 根據權利要求1所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 主動功率解耦電路（4)包括上橋臂解耦開關管（41)、下橋臂解耦開關管（42)、上橋臂迴路 開關管（43)、下橋臂迴路開關管（44)、解耦二極體（45)、迴路二極體（46)以及解耦電容 (47);所述上橋臂解耦開關管（41)的漏極以及所述上橋臂迴路開關管（43)的漏極分別與 直流輸入源（6)的負極端相連接；所述下橋臂解耦開關管（42)的源極以及所述迴路二極體 (46)的陰極分別與升降壓變流器（1)相連接；解耦電容（47) -端分別與解耦二級管（45) 的陰極以及下橋臂解耦開關管（42)的漏極相連接，另一端與上橋臂迴路開關管（43)的源 極和下橋臂迴路開關管（44)的漏極相連接；所述上橋臂解耦開關管（41)的源極與解耦二 極管（45)的陽極、下橋臂解耦開關管（42)的漏極依次串聯連接組成解耦橋臂；所述上橋臂 迴路開關管（43)的源極與下橋臂解耦開關管（42)的漏極、迴路二極體（46)的陽極依次串 聯連接組成迴路橋臂。
3. 根據權利要求1所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 升降壓變流器（1)包括升降壓開關管（11)、第一升降壓二極體（12)、第二升降壓二極體 (13)以及升降壓電感（14);逆變器的直流輸入源（6)的正極端與第一升降壓二極體（12) 的陽極、升降壓開關管（11)的漏極依次串聯連接；升降壓開關管（11)的源極分別與第二升 降壓二極體（13)的陰極以及升降壓電感升降壓電感（14)的一端相連接；升降壓電感（14) 的另一端與直流輸入源￠)的負極端相連接。
4. 根據權利要求1所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 單相兩橋臂逆變電路（2)包括與主動功率解耦電路（4)共用的上橋臂迴路開關管（43)、下 橋臂迴路開關管（44)以及迴路二極體（46)，還包括上橋臂極性轉換開關管（21)、下橋臂極 性轉換開關管（22)、上橋臂極性轉換二極體（23)以及下橋臂極性轉換二極體（24)，所述 上橋臂極性轉換開關管（21)的漏極與所述上橋臂迴路開關管（43)的漏極相連接；所述下 橋臂極性轉換二極體（24)的陰極與所述迴路二極體（46)的陰極相連；所述上橋臂極性轉 換開關管（21)的源極分別與上橋臂極性轉換二極體（23)的陽極、下橋臂極性轉換開關管 (22)的漏極、下橋臂極性轉換二極體（24)的陽極依次串聯連接組成極性轉換橋臂。
5. 根據權利要求4所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 交流低通輸出濾波電路（3)包括濾波電容（31)以及第一濾波電感（32)，所述第一濾波電感 (32)的一端與下橋臂極性轉換開關管（22)的漏極和上橋臂極性轉換二極體（23)的陰極相 連接，另一端與電網（7)的N端連接；或者所述第一濾波電感（32)的一端與上橋臂迴路開 關管（43)的源極和下橋臂迴路開關管（44)的漏極相連接，另一端與電網（7)的L端連接， 濾波電容（31)的一端與所述上橋臂迴路開關管（43)的源極、下橋臂迴路開關管（44)的漏 極相連接，另一端與上橋臂極性轉換二極體（23)的陰極、下橋臂極性轉換開關管（22)的漏 極相連接。
6. 根據權利要求5所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 交流低通輸出濾波電路（3)還包括第二濾波電感（33)，所述第一濾波電感（32)的一端與下 橋臂極性轉換開關管（22)的漏極和上橋臂極性轉換二極體（23)的陰極相連接，另一端與 電網（7)的N端連接，所述第二濾波電感（33)的一端與上橋臂迴路開關管（43)的源極和 下橋臂迴路開關管（44)的漏極相連接，另一端與電網（7)的L端連接。
7. 根據權利要求5所述具有主動功率解耦功能的單相併網逆變器，其特徵在於：所述 濾波電容（31)、輸入濾波電容（8)與解耦電容（47)均為非電解電容。
8. -種單相併網逆變器的功率解耦控制方法，其特徵在於，採用脈寬能量調製： 通過控制升降壓變流器（1)中升降壓開關管（11)的導通來控制單位開關周期內逆變 器的輸入能量穩恆，實現直流輸入側瞬時功率平滑輸出；根據單位開關周期內逆變器輸入 能量計算出單位開關周期內逆變器所需輸出能量； 通過控制主動功率解耦電路（4)中迴路橋臂中上橋臂迴路開關管（43)、下橋臂迴路開 關管（44)的導通實現逆變器能量流向的切換，達到控制單位開關周期內逆變器輸出能量 的目的，保證輸出瞬時功率按照兩倍工頻脈動且輸出平均功率等於輸入直流瞬時功率； 通過控制單相兩橋臂逆變電路（2)中的上橋臂極性轉換開關管（21)、下橋臂極性轉換 開關管（22)，對正弦半波化輸出電流按照工頻進行極性轉換，實現正弦化輸出電流注入電 網（7)。
9. 根據權利要求8所述單相併網逆變器的功率解耦控制方法，其特徵在於： 當單位開關周期內所述逆變器輸入能量大於單位開關周期內逆變器所需輸出能量時， 所述主動功率解耦電路（4)主動儲存多餘的能量；所述逆變器解耦橋臂的上橋臂解耦開 關管（41)導通，下橋臂解耦開關管（42)關閉；所述逆變器迴路橋臂中上橋臂迴路開關管 (43)關閉，下橋臂解耦開關管（42)導通；當所述解耦電容（47)儲存能量達到要求時，通過 所述逆變器迴路橋臂切換逆變器能量流向；所述逆變器迴路橋臂配合極性轉換橋臂的上橋 臂極性轉換開關管（21)、下橋臂極性轉換開關管（22)構成迴路向電網側饋送能量直至能 量為零；所述逆變器極性轉換橋臂中上橋臂極性轉換開關管（21)、下橋臂極性轉換開關管 (22)按照電網（7)的電壓極性開通關斷； 當單位開關周期內所述逆變器輸入能量小於單位開關周期內逆變器所需輸出能量時， 所述主動功率解耦電路（4)主動釋放所需的能量；所述逆變器解耦橋臂的上橋臂解耦開 關管（41)關閉，下橋臂解耦開關管（42)導通；所述逆變器迴路橋臂中上橋臂迴路開關管 (43)、下橋臂解耦開關管（42)導通，迴路二極體（46)反偏關斷；當所述解耦電容（47)釋放 能量達到要求時，所述逆變器解耦橋臂的下橋臂解耦開關管（42)關斷；所述逆變器迴路橋 臂配合極性轉換橋臂的上橋臂極性轉換開關管（21)、下橋臂極性轉換開關管（22)構成回 路向電網側饋送能量直至能量為零；所述逆變器極性轉換橋臂中的上橋臂極性轉換開關管 (21)、下橋臂極性轉換開關管（22)按照電網（7)的電壓極性開通關斷。
10. 根據權利要求8?9任一項所述單相併網逆變器的功率解耦控制方法，其特徵在 於： 第k個單位開關周期內所述逆變器的輸入能量Win為： % = _ = & - 1'2 第k個單位開關周期內所述逆變器的所需輸出能量為： Wout = ffin(l-cos(2?kTs)) 第k個單位開關周期內所述逆變器解耦電路的能量Wst_為： wst0re = Win-Wout = Win · cos (2 ω kTs) 其中Pin為直流輸入源的恆定輸出功率；TS為所述逆變器的開關周期；ω為電網角頻 率。
【文檔編號】H02J3/38GK104104256SQ201410290277
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】廖錦濤, 蘇建徽, 張榴晨, 徐海波 申請人:廣東易事特電源股份有限公司