基于準(zhǔn)z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器及其軟開關(guān)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及基于準(zhǔn)Z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器，還涉及上述逆變器的軟開關(guān)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球性的能源短缺和環(huán)境危機(jī)已經(jīng)成為制約人類發(fā)展的重要因素，清潔可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用受到世界各國越來越廣泛的關(guān)注。太陽能因其具有充分的清潔性、絕對的安全性、資源的相對廣泛和充足性以及使用的靈活性成為可再生能源的最佳選擇之一。因此，光伏發(fā)電技術(shù)成為了新能源領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。而逆變器作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。
[0003]由于光伏組件輸出電壓以及蓄電池電壓都較低，所以單相離網(wǎng)型光伏逆變器通常需要實(shí)現(xiàn)升壓，使得輸出電壓達(dá)到工頻電網(wǎng)所要求的額定電壓水平，為了達(dá)到升壓目的，單相離網(wǎng)型光伏逆變器分為非隔離型和隔離型兩類，隔離型又分為工頻變壓器隔離和高頻變壓器隔離。對于非隔離型，可采用BOOST斬波電路作為前級電路，單相全橋逆變電路作為后級電路，經(jīng)過LC濾波電路連接負(fù)載。對于工頻變壓器隔離型，僅采用單相全橋逆變電路，經(jīng)過LC濾波電路連接工頻變壓器原邊，工頻變壓器副邊連接負(fù)載。對于高頻變壓器隔離型，可采用正激變換器、反激變換器、推挽變換器、半橋變換器或全橋變換器等電路作為前級電路，單相全橋逆變電路作為后級電路，經(jīng)過LC濾波電路連接負(fù)載。
[0004]準(zhǔn)Z源逆變器是近年提出的一種新型電路結(jié)構(gòu)，其在輸入電源與逆變橋之間加入獨(dú)特的LC阻抗網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，允許橋臂直通，不需要設(shè)置死區(qū)時(shí)間，可以提高系統(tǒng)的可靠性，并減小輸出波形失真。因此，可以將帶有高頻變壓器的準(zhǔn)Z源逆變器作為前級電路，單相全橋逆變電路作為后級電路，經(jīng)過LC濾波電路連接負(fù)載。由這種電路組成的單相離網(wǎng)型光伏逆變器結(jié)構(gòu)簡單，效率高，很容易實(shí)現(xiàn)升壓功能，在光伏發(fā)電領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。但現(xiàn)有技術(shù)中該系統(tǒng)中的后級單相全橋逆變電路存在功率開關(guān)管在開通、關(guān)斷時(shí)電壓不為零，有顯著的開關(guān)損耗等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供基于準(zhǔn)Z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供基于上述準(zhǔn)Z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器的軟開關(guān)控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的單相光伏離網(wǎng)逆變器的單相全橋逆變電路存在功率開關(guān)管在開通、關(guān)斷時(shí)電壓不為零造成的開關(guān)損耗大的技術(shù)問題。
[0007]本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，基于準(zhǔn)Z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器，其特征在于，由依次相連的準(zhǔn)Z源逆變器、高頻變壓器、單相全橋二極管整流電路和帶有LC濾波器的單相全橋逆變電路組成。
[0008]本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0009]準(zhǔn)Z源逆變器包括直流輸入電壓Vin，其正極與電感L1的一端連接，電感L i的另一端分別與電容C2的負(fù)極和二極管D i的陽極連接，二極管D i的陰極與電感L 2的一端連接，電感1^2的另一端與電容C 2的正極連接；二極管D 陰極還與電容C i的正極連接，電容C工的負(fù)極與直流輸入電壓Vin的負(fù)極連接；電感L2的另一端還分別連接有功率開關(guān)T T 3的集電極，功率開關(guān)T1的發(fā)射極連接功率開關(guān)T 2的集電極，功率開關(guān)T 3的發(fā)射極連接功率開關(guān)丁4的集電極，功率開關(guān)TjP T4的集電極與直流電源V in的負(fù)極連接；其中，L C iX#二極管D1共同組成準(zhǔn)Z源逆變器的阻抗網(wǎng)絡(luò)，功率開關(guān)T i和功率開關(guān)T 2組成準(zhǔn)Z源逆變器的第I橋臂，功率開關(guān)T3和功率開關(guān)T 4組成準(zhǔn)Z源逆變器的第2橋臂。
[0010]優(yōu)選地，單相全橋二極管整流電路由超快恢復(fù)二極管d2、d3、d4、D5組成，單相全橋逆變電路由功率開關(guān)T5、T6、T7、T8、電感L和電容C組成；超快恢復(fù)二極管仏和D 3串聯(lián)后分別與隊(duì)和D 5的串聯(lián)電路、功率開關(guān)T 5和T 6的串聯(lián)電路、功率開關(guān)T 7和T 8的串聯(lián)電路并聯(lián)連接；其中，超快恢復(fù)二極管仏的陰極分別與超快恢復(fù)二極管D 4的陰極、功率開關(guān)T 5和功率開關(guān)T7的集電極連接，超快恢復(fù)二極管D 3的陽極分別與超快恢復(fù)二極管D 5的陽極、功率開關(guān)T6和功率開關(guān)T 8的發(fā)射電極連接；
[0011]其中，超快恢復(fù)二極管D4、D5組成二極管整流電路的第I橋臂，超快恢復(fù)二極管D2、D3組成二極管整流電路的第2橋臂；功率開關(guān)T 5、T6組成單相全橋逆變電路的第I橋臂，功率開關(guān)T7、T8組成單相全橋逆變電路的第2橋臂；
[0012]單相全橋逆變電路第I橋臂的輸出端連接濾波電感L的一端，濾波電感L的另一端分別連接濾波電容C和負(fù)載的一端，濾波電容C和負(fù)載的另一端連接單相全橋逆變電路第2橋臂的輸出端；濾波電容C與負(fù)載并聯(lián)。
[0013]優(yōu)選地，準(zhǔn)Z源逆變器第I橋臂的輸出端連接高頻變壓器T原邊的a端，第2橋臂的輸出端連接高頻變壓器T原邊的b端。
[0014]優(yōu)選地，高頻變壓器T副邊的輸出c端連接單相全橋二極管整流電路中第I橋臂，高頻變壓器T副邊的輸出d端連接單相全橋二極管整流電路中第2橋臂。
[0015]本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是，基于上述準(zhǔn)Z源逆變器的單相光伏離網(wǎng)逆變器的軟開關(guān)控制方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0016]控制直通占空比Cltl為定值使直流輸入電壓V in經(jīng)過阻抗網(wǎng)絡(luò)后輸出的直流母線電壓Vpn的幅值為定值；
[0017]控制非直通占空比Cl1為定值，使單相全橋逆變電路的輸入電壓V d。的幅值為定值；
[0018]采用直通占空比屯和非直通占空比Cl1的值獲取準(zhǔn)Z源逆變器的四個(gè)功率開關(guān)T ”T2、T3、T^PWM脈沖信號；
[0019]獲取單相全橋逆變電路的功率開關(guān)T5、Τ6、Τ7、1~8的SPWM脈沖信號，使作用在功率開關(guān)T5、T6、T7、IV^個(gè)開關(guān)周期的SPWM信號的上升沿和下降沿都落在單相全橋逆變電路的輸入電壓Vd。的零電壓凹槽期間，實(shí)現(xiàn)單相全橋逆變電路的零電壓開通與關(guān)斷。
[0020]本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0021 ] 控制直通占空比Cltl為定值使直流輸入電壓V in經(jīng)過阻抗網(wǎng)絡(luò)后輸出的直流母線電壓Vpn的幅值為定值的具體方法為:
[0022]步驟1:直流輸入電壓Vin經(jīng)過阻抗網(wǎng)絡(luò)后輸出為帶有零電壓凹槽的方波電壓V PN，即直流母線電壓Vpn;
[0023]步驟2:產(chǎn)生高頻三角載波，同時(shí)在產(chǎn)生高頻三角載波的周期中斷時(shí)對Vpn進(jìn)行多次連續(xù)采樣并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并對模/數(shù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)行平均濾波；其中，產(chǎn)生高頻三角載波的頻率和采樣頻率與開關(guān)!\的驅(qū)動(dòng)信號的頻率相同，頻率范圍為20kHz?50kHz。
[0024]步驟3:得到穩(wěn)定的直通占空比Cltl，具體過程如下:
[0025]將平均濾波后的電壓值作為直流母線電壓Vpn的反饋值，與直流母線參考電壓V PN…進(jìn)行作差，差值經(jīng)過第一比例積分控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到阻抗網(wǎng)絡(luò)中電感L 2的參考電流iL2_ref,參考電流込―％與電感L 2的電流反饋值i u采用第一比例控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，第一比例控制器輸出穩(wěn)定的直通占空比(V
[0026]優(yōu)選地，控制非直通占空比Cl1為定值，使單相全橋逆變電路的輸入電壓Vd。的幅值為定值的具體方法為:
[0027]步驟1:直流輸入電壓Vin經(jīng)過阻抗網(wǎng)絡(luò)后輸出的帶有零電壓凹槽的方波V PN經(jīng)準(zhǔn)Z源逆變器的第I橋臂和第2橋臂逆變輸出為交流電壓，交流電壓經(jīng)高頻變壓器T隔離升壓后，再經(jīng)單相全橋二極管整流電路后得到帶有零電壓凹槽的方波電壓Vd。，為單相全橋逆變電路的輸入電壓；
[0028]步驟2:在產(chǎn)生所述高頻三角載波周期中斷時(shí)對Vd。進(jìn)行多次連續(xù)采樣并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并對模/數(shù)轉(zhuǎn)換值進(jìn)行平均濾波；
[0029]步驟3:得到穩(wěn)定的直通占空比Cl1，具體過程如下:
[0030]將平均濾波后的電壓值作為方波電壓Vde的幅值進(jìn)行反饋，與給定的電壓參考V dc_作差，經(jīng)過第二比例積分控制器調(diào)節(jié)，輸出穩(wěn)定的直通占空比dp
[0031]優(yōu)選地，獲取功率開關(guān)?\、T2、Τ3、1\的PWM脈沖信號的具體方法如下:
[0032](I)將直通占空比Cltl與非直通占空比d i相加，相加后的結(jié)果從第一比較器的正端輸入，所述