專利名稱：采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于太陽能技術(shù)領(lǐng)域的反激式光伏并網(wǎng)逆變器裝置。
背景技術(shù)：
直流-直流電源轉(zhuǎn)換裝置是最基本的電能變換形式之一。反激變換器由于其結(jié)構(gòu)簡單，元器件數(shù)量少，輸入輸出電氣隔離，易于實現(xiàn)多路輸出等特點(diǎn)在小功率范圍的直流-直流變換中得到廣泛應(yīng)用，也是集成式光伏并網(wǎng)逆變器的直流-直流級常用的拓?fù)渲唬瑢陕贩醇ぷ儞Q器的輸入端和輸出端分別并聯(lián)，采用交錯并聯(lián)控制可以提升功率等級， 減小輸出電流紋波，降低對輸入、輸出濾波器的要求。交錯并聯(lián)反激變換器的損耗主要包括原邊主功率開關(guān)管的損耗、反激變壓器的損耗、以及副邊整流器的損耗。因為原邊主功率開關(guān)管工作于硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗較大，影響了反激電路的效率。另外，反激變壓器中由于漏感的存在，在原邊的主功率開關(guān)管關(guān)斷時，漏感中儲存的能量會引起較大的電壓尖峰，增加了開關(guān)管的電壓應(yīng)力，同時也使得電路的效率降低。傳統(tǒng)的交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)，需要兩個輔助功率開關(guān)管和兩個箝位電容，一個輔助功率開關(guān)管與一個箝位電容構(gòu)成串聯(lián)之路，分別并聯(lián)在兩路反激變壓器原邊繞組兩端或者原邊主功率開關(guān)管兩端，且主功率開關(guān)管與輔助功率開關(guān)管是互補(bǔ)導(dǎo)通的，該技術(shù)可實現(xiàn)主功率開關(guān)管的軟開關(guān)和漏感能量的吸收，提升電路效率，但僅適用于工作在定頻率控制模式的反激電路。當(dāng)反激電路應(yīng)用在集成式光伏并網(wǎng)逆變器中的直流-直流轉(zhuǎn)換級時，反激電路工作于峰值電流控制模式，采用變頻率控制，傳統(tǒng)的交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)必然不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，來實現(xiàn)全載范圍內(nèi)的效率提升，該技術(shù)需滿足以下要求適用于變頻率控制和寬范圍輸出電壓；可實現(xiàn)主功率開關(guān)管的軟開關(guān)和漏感能量的吸收回饋。為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是所述光伏并網(wǎng)逆變器包括一個輸入端口、一個輸出端口、一個直流-直流轉(zhuǎn)換級、一個直流-交流轉(zhuǎn)換級，它還設(shè)有一個數(shù)字控制電路，所述數(shù)字控制電路包括數(shù)字控制芯片、采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動控制器，所述數(shù)字控制電路分別與所述直流-直流轉(zhuǎn)換級和所述直流-交流轉(zhuǎn)換級相連，實現(xiàn)對所述直流-直流轉(zhuǎn)換級和所述直流-交流轉(zhuǎn)換級的控制和保護(hù)功能；所述輸入端口對應(yīng)太陽能光伏陣列，其輸出端通過并聯(lián)在太陽能光伏陣列兩端的濾波電容與所述直流-直流轉(zhuǎn)換級相連，所述直流-直流轉(zhuǎn)換級的輸出端與所述直流-交流轉(zhuǎn)換級相連，所述直流-交流轉(zhuǎn)換級的輸出端通過輸出濾波器與所述輸出端口相連，所述輸出端口對應(yīng)電網(wǎng)；
所述直流-直流轉(zhuǎn)換級包括兩個反激電路和一個有源箝位電路，所述兩個反激電路中的第一反激電路包括第一反激變壓器、第一主功率開關(guān)管和第一輸出整流二極管，所述兩個反激電路中的第二反激電路包括第二反激變壓器、第二主功率開關(guān)管和第二輸出整流二極管，所述有源箝位電路包括第一輔助功率開關(guān)管、第二輔助功率開關(guān)管和一個箝位電容；所述直流-交流轉(zhuǎn)換級為工頻極性轉(zhuǎn)換電路，是由四個開關(guān)管構(gòu)成的全橋逆變電路，所述四個開關(guān)管的對管驅(qū)動信號同相，上下管驅(qū)動反向，每半個工頻周期改變一次開關(guān)狀態(tài)。所述第一反激變壓器和第二反激變壓器原邊繞組的同名端均連接在所述輸入端口的正端，所述第一主功率開關(guān)管的漏極與所述第一反激變壓器原邊繞組的非同名端相連，所述第二主功率開關(guān)管的漏極與所述第二反激變壓器原邊繞組的非同名端相連，所述第一主功率開關(guān)管和第二主功率開關(guān)管的源極均連接在所述輸入端口的負(fù)端，所述第一輸出整流二極管的陽極與所述第一反激變壓器副邊繞組的非同名端相連，所述第二輸出整流二極管的陽極與所述第二反激變壓器副邊繞組的非同名端相連，所述第一輸出整流二極管和所述第二輸出整流二極管的陰極均連接在輸出端口的正端，所述第一反激變壓器和第二反激變壓器副邊繞組的同名端均連接在輸出端口的負(fù)端，所述第一輔助功率開關(guān)管的源極與第一反激變壓器原邊繞組的非同名端，所述第二輔助功率開關(guān)管的源極與第二反激變壓器原邊繞組的非同名端，所述第一輔助功率開關(guān)管的漏極與第二輔助功率開關(guān)管的漏極均連接在所述箝位電容的一端，所述箝位電容的另一端連接在所述輸入端口的正端。所述主功率開關(guān)管和輔助功率開關(guān)管為功率場效應(yīng)晶體管。所述反激電路采用峰值電流控制，所述第一反激電路的原邊激磁電流工作于電流斷續(xù)與電流臨界連續(xù)相結(jié)合的方式，所述第二反激電路的原邊激磁電流工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)。在所述數(shù)字控制電路中設(shè)定一個合適的開關(guān)頻率閾值，并由所述數(shù)字控制電路對所述第一和第二主功率開關(guān)管的開關(guān)周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)其開關(guān)頻率超過所述開關(guān)頻率閾值時，由所述數(shù)字控制電路控制所述第一主功率開關(guān)管工作于定頻率方式，所述第一反激電路進(jìn)入電流斷續(xù)導(dǎo)通模式，所述數(shù)字控制電路封鎖第二主功率開關(guān)管的驅(qū)動信號，所述第二反激電路停止工作。在所述數(shù)字控制電路中設(shè)定一個合適的開關(guān)頻率閾值，由所述數(shù)字控制電路對所述第一和第二主功率開關(guān)管的開關(guān)周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)其開關(guān)頻率低于所述開關(guān)頻率閾值時，由所述數(shù)字控制電路控制所述第一和第二主功率開關(guān)管工作于變頻率方式，所述第一和第二反激電路進(jìn)入電流臨界連續(xù)工作模式，所述第二輔助功率開關(guān)管開通時刻與第一主功率開關(guān)管關(guān)斷時刻對齊，所述第一輔助功率開關(guān)管在所述第一主功率開關(guān)管導(dǎo)通前一時刻導(dǎo)通一定的時間，所述第二輔助功率開關(guān)管在所述第二主功率開關(guān)管導(dǎo)通前一時刻導(dǎo)通一定的時間，所述輔助功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間與所述輸出端口的電壓相關(guān)
權(quán)利要求
1.一種采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，所述光伏并網(wǎng)逆變器包括一個輸入端口、一個輸出端口、一個直流-直流轉(zhuǎn)換級、一個直流-交流轉(zhuǎn)換級，其特征在于它還設(shè)有一個數(shù)字控制電路，所述數(shù)字控制電路包括數(shù)字控制芯片、采樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動控制器，所述數(shù)字控制電路分別與所述直流-直流轉(zhuǎn)換級和所述直流-交流轉(zhuǎn)換級相連，實現(xiàn)對所述直流-直流轉(zhuǎn)換級和所述直流-交流轉(zhuǎn)換級的控制和保護(hù)功能；所述輸入端口對應(yīng)太陽能光伏陣列，其輸出端通過并聯(lián)在太陽能光伏陣列兩端的濾波電容與所述直流-直流轉(zhuǎn)換級相連，所述直流-直流轉(zhuǎn)換級的輸出端與所述直流-交流轉(zhuǎn)換級相連，所述直流-交流轉(zhuǎn)換級的輸出端通過輸出濾波器與所述輸出端口相連，所述輸出端口對應(yīng)電網(wǎng)；所述直流-直流轉(zhuǎn)換級包括兩個反激電路和一個有源箝位電路，所述兩個反激電路中的第一反激電路包括第一反激變壓器、第一主功率開關(guān)管和第一輸出整流二極管，所述兩個反激電路中的第二反激電路包括第二反激變壓器、第二主功率開關(guān)管和第二輸出整流二極管，所述有源箝位電路包括第一輔助功率開關(guān)管、第二輔助功率開關(guān)管和一個箝位電容；所述直流-交流轉(zhuǎn)換級為工頻極性轉(zhuǎn)換電路，是由四個開關(guān)管構(gòu)成的全橋逆變電路， 所述四個開關(guān)管的對管驅(qū)動信號同相，上下管驅(qū)動反向，每半個工頻周期改變一次開關(guān)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述第一反激變壓器和第二反激變壓器原邊繞組的同名端均連接在所述輸入端口的正端，所述第一主功率開關(guān)管的漏極與所述第一反激變壓器原邊繞組的非同名端相連， 所述第二主功率開關(guān)管的漏極與所述第二反激變壓器原邊繞組的非同名端相連，所述第一主功率開關(guān)管和第二主功率開關(guān)管的源極均連接在所述輸入端口的負(fù)端，所述第一輸出整流二極管的陽極與所述第一反激變壓器副邊繞組的非同名端相連，所述第二輸出整流二極管的陽極與所述第二反激變壓器副邊繞組的非同名端相連，所述第一輸出整流二極管和所述第二輸出整流二極管的陰極均連接在輸出端口的正端，所述第一反激變壓器和第二反激變壓器副邊繞組的同名端均連接在輸出端口的負(fù)端，所述第一輔助功率開關(guān)管的源極與第一反激變壓器原邊繞組的非同名端，所述第二輔助功率開關(guān)管的源極與第二反激變壓器原邊繞組的非同名端，所述第一輔助功率開關(guān)管的漏極與第二輔助功率開關(guān)管的漏極均連接在所述箝位電容的一端，所述箝位電容的另一端連接在所述輸入端口的正端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述主功率開關(guān)管和輔助功率開關(guān)管為功率場效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述反激電路采用峰值電流控制，所述第一反激電路的原邊激磁電流工作于電流斷續(xù)與電流臨界連續(xù)相結(jié)合的方式，所述第二反激電路的原邊激磁電流工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于在所述數(shù)字控制電路中設(shè)定一個合適的開關(guān)頻率閾值，并由所述數(shù)字控制電路對所述第一和第二主功率開關(guān)管的開關(guān)周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)其開關(guān)頻率超過所述開關(guān)頻率閾值時，由所述數(shù)字控制電路控制所述第一主功率開關(guān)管工作于定頻率方式，所述第一反激電路進(jìn)入電流斷續(xù)導(dǎo)通模式，所述數(shù)字控制電路封鎖第二主功率開關(guān)管的驅(qū)動信號，所述第二反激電路停止工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于在所述數(shù)字控制電路中設(shè)定一個合適的開關(guān)頻率閾值，由所述數(shù)字控制電路對所述第一和第二主功率開關(guān)管的開關(guān)周期進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)其開關(guān)頻率低于所述開關(guān)頻率閾值時，由所述數(shù)字控制電路控制所述第一和第二主功率開關(guān)管工作于變頻率方式，所述第一和第二反激電路進(jìn)入電流臨界連續(xù)工作模式，所述第二輔助功率開關(guān)管開通時刻與第一主功率開關(guān)管關(guān)斷時刻對齊，所述第一輔助功率開關(guān)管在所述第一主功率開關(guān)管導(dǎo)通前一時刻導(dǎo)通一定的時間，所述第二輔助功率開關(guān)管在所述第二主功率開關(guān)管導(dǎo)通前一時刻導(dǎo)通一定的時間，所述輔助功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間與所述輸出端口的電壓相關(guān) 其中，Ta為所述輔助功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間，Vin為所述輸入端口的電壓，(；為所述主功率開關(guān)管漏、源極自身存在的并聯(lián)電容值，Lk為所述反激變壓器的漏感值，Lffl為所述反激變壓器的原邊電感值，N為所述反激變壓器的變比，Vg為輸出端電網(wǎng)電壓幅值，θ為當(dāng)前時刻的電角度，所述導(dǎo)通時間可由所述數(shù)字控制電路精確控制。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于公開了一種采用交錯并聯(lián)有源箝位技術(shù)的反激式光伏并網(wǎng)逆變器，其兩路反激電路輸入輸出并聯(lián)，每路反激電路各增加一個輔助開關(guān)管，兩個輔助開關(guān)管的漏極相連接，并與公用箝位電容相串聯(lián)組成箝位電路，分別并聯(lián)在相對應(yīng)的變壓器原邊繞組兩端。一路反激電路輔助開關(guān)管的開通信號與另一路反激電路主開關(guān)管的關(guān)斷信號對齊，該對齊方式保證了兩路反激電路的占空比基本保持一致，且易于實現(xiàn)有源箝位技術(shù)；每一路反激電路的輔助開關(guān)管的導(dǎo)通時間可由數(shù)字控制電路根據(jù)當(dāng)前時刻的輸出電壓值計算并精確控制，適用于寬范圍輸出電壓場合。本發(fā)明既減小了輸出電流紋波，又實現(xiàn)了漏感能量吸收和有效利用，提高了電路效率，并改善了高頻電路的EMI特性。
文檔編號H02J3/38GK102570891SQ20121001219
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16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