[发明专利]一种逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能并网发电系统，具体地，涉及一种逆变器。

背景技术

在近几年中，以风能和太阳能为主的可再生能源发电系统，在世界范围得到越来越多的应用。对于太阳能并网发电系统来说，除了目前占主流的集中式大功率太阳能电站外，分布式太阳能并网发电系统，由于其能优化太阳能电池板的工作状态，在多数情况下可以提高系统的年发电量，目前日益得到重视并成为一个研究热点。

其中，基于逆变器的分布式发电系统，尤为引人注目，并在美国得到广泛使用。逆变器的核心是高效率升压电路、逆变电路及其控制技术，升压电路主要包括反激变换器及其衍生电路。有源箝位反激电路，由于可以实现变压器原边开关管的零电压开通和副边二极管的零电流关断，在很多中小功率变换场合得到广泛应用。该类电路的共同特点有两个，一是为了设备维护工人的人身安全，主电路中包含用于隔离原副边的变压器；二是这类设备的输出都是交流电，为了获得较高的输出电流质量，采用正弦波脉宽调制（SPWM）调制。

众所周知，变压器的漏感或额外引入的谐振电感，会改变原边电流的变化速率，同时还但是，该电感也会引起电路工作中的有效占空比丢失。在普通的DC/DC应用场合中， 该占空比丢失不会带来控制上的问题：DC/DC变换器在稳态工作时其需要的占空比一般为一个固定值变换器在稳态工作时只需要一个固定的占空比；只要稳态工作条件不变，占空比不会发生变化，而占空比丢失值也是固定的。因此这样，其PI补偿器可以很容易能够自动调节并输出，在稳态工作占空比的基础上补偿占空比的丢失。一个较大的占空比，来补偿占空比丢失。但是然而，对于采用正弦波脉宽调制则不同，由于稳态工作占空比会随着时间而改变，则丢失的占空比也会随着时间而改变，此时仅通过PI补偿器，（SPWM）的有源箝位反激电路（及其衍生电路），占空比丢失会造出反馈控制上的麻烦。这主要是由于在SPWM调制下，占空比成非线性变化，丢失的占空比也为非线性。对于普通的PI或PID补偿器来说，它无法很好实时的动态补偿丢失的占空比的丢失，从而会影响对反馈量的控制的效果。这是一个新问题，因为以前该类变换器一般用于DC/DC，而不是做SPWM调制。

对于此类隔离型的DC/AC变换器，通常是通过尽量提高PI补偿器带宽，或者减少漏感，进而不使用谐振电感等办法可以减少占空比丢失。从而提高SPWM控制的效果，输出高质量的电流。然后由于开关频率的限制PI补偿器带宽无法做到足够高，引线电感与变压器漏感始终存在，而且小的漏感或者不使用谐振电感会增大原边电流的换流速度，增加电路高频开关噪音。

现有技术中，通常会使用过设计的方法来避开占空比丢失所引入的问题。例如，为了避开占空比丢失，可以将主电路的工作频率提高，这样可以提高PI补偿器的带宽，让PI补偿器能够更快的补偿丢失的占空比，但是高的工作频率，带来的是高的开关损耗，降低了变换器的效率。又如，可以设计较大的变压器励磁电感，降低漏感和励磁电感的比值，从而降低漏感和引线电感所引起的占空比丢失值，而这种方法在对于变换器体积要求不大的场合得到广泛应用，而一些对于变换器功率密度要求较高的场合，大的励磁电感设计方法受到制约。

图1a和图1b是一类典型的隔离型DC/DC变换器，它包括高端箝位反激变换电路（如图1a所示）和低端箝位反激变换电路（如图1b所示）。其中，两只开关管                                               和互补工作，为变压器漏感或者额外加入的谐振电感，为变压器原边的励磁电感，为箝位电容，为整流二极管，为直流输出负载。在SPWM调制的高端箝位反激变换器中，其输出的占空比，有效占空比以及损失的占空比如图4所示。可以看出，由于采用了SPWM调制，电路中的各占空比不为恒定值，它们的波形为非线性。如果仅靠PI或PID补偿器本身来补偿丢失的占空比，并不能达到很好的效果，从而会影响对最终控制量的控制品质。因此，需要在控制环节中加入动态占空比补偿环节。以高端箝位反激电路为例，其电路的原边电流关键波形如图2所示。

图2中表示的即为占空比丢失的时间，在这段时间内，变压器承受负载电压，虽然有主动的开关信号打开了主开关管，但是并为对励磁电感进行储能，而是将输入电压和负载折算到原边的电压都加在了漏感或是额外引入的谐振电感上，此时的电流快速上升直到等同于励磁电流，之后才从新开始对励磁电感储能。变压器一定存在漏感，则占空比丢失现象在此类隔离型的变换器中不可避免。

高端箝位反激电路的原边电流波形可以用分段线性波形表示，在t0时刻，开通，关断，这时的简化等效电路如图3所示。