[发明专利]一种高频链逆变器及其数字控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高频交流升、降压原理的高频链逆变器及其数字控制装置，属于电力电子变换器及其控制技术领域。

背景技术

随着光伏电池售价的持续降低和相关利好政策的出台，越来越多的单位和个人对光伏发电表现出极大的兴趣。为了高效利用光伏电池所发电能，对光伏电池所发电能变换出现了两个方向，一个是将多块光伏电池串、并组合成一个大功率输出口，由一台光伏电能变换器进行处理，可以实现较高的变换效率，但该方法不能发挥每块光伏电池的最大输出功率，极大的影响了系统的整体效率。另一个研究方向是每个光伏电池模块配备一台微型的变换器单元，如此可以实现单块光伏电池输出功率的最大化。

对于单块光伏电池，最常见的输出功率和输出电压为200W、36V，要将如此低的电压变换为电网所能接受的电压等级(在我国峰值电压311V)，变换器必须采用升压环节，或在电网侧采用工频变压器。一般人们采用Boost升压变换器+SPWM逆变器的方式进行并网，但是Boost升压变换器的升压比非常大，使得系统性能变差；若采用工频变压器升压的系统，其体积大、重量重、成本高，在很多场合下难以推广。

因此，对单块光伏电池变换器中必须配备高频隔离变压器，常用的电路拓扑为交错并联的反激逆变器结构，受制于反激变换器本身的特性，该拓扑很难在200W左右实现高效率，因此必须寻找新的电路结构。

常用的高频链逆变器中，首先将输入直流电变换为高频交流电，经高频变压器隔离、升/降压，再经整流电路，得到直流电，最后再经过电网侧逆变器进行并网。但对于直流输入电压与交流输出电压等级相差很多时，就需要变压器的变比过大或过小，造成变压器的漏感较大，从而影响到系统性能。一个简单的解决方案是在变压器前级高频逆变器前插入升压变换器，所造成的后果就是功率变换级数多，系统效率低。

高频链逆变器中，整流器输出有直流环节与伪直流环节之分，在小功率场合，由于电网侧的逆变器工频动作，开关损耗低，因此受到广泛应用。但是随之而来的问题是，整流器输入高频交流电压的峰值必须大于电网电压的峰值，仍然需要较大的变压器变比才能实现上述功能。此外，在电网电压过零附近，整流器输出电压的峰值与整流器输出电压过大的差值使得高频逆变器的调制比非常小，造成系统的损耗偏大。

因此，建立一种可以不增加功率变换级数、并且是合理变压器变比的高频链逆变器、并且对不同阶段的电网电压值实现不同的控制策略，对于提高光伏电池的利用率、降低系统成本具有积极的意义。

因此，寻找不增加变换级数、合理的变压器变比的高频链逆变器及其相应的控制策略、保证电能变换的高效率，并通过数字芯片控制实现整个系统的稳定运行是本发明的主要任务。

发明内容

发明目的：针对单块光伏电池输出电压过低，在需要将光伏电池所发电能并网的场合，为避免过大的变压器变比造成系统性能的下降，实现在不增加功率变换级数的情况下，降低变压器的变比为原来的一半，保证变换器实现高效。由于电网电压为正弦波，采用伪直流环节的高频链逆变器的整流器前级电压峰值较高，在电网电压过零附近时，变换器调制比很小，造成系统效率偏低，对高频链逆变器中的整流器进行改造，根据电网电压的大小分阶段实现降压、升降压和升压变换，可有效实现系统效率的提高。

技术方案：

一种基于高频交流升、降压原理的高频链逆变器，包括第一升压变换器、第二升压变换器、能量缓冲电感、高频变压器、半控整流器、整流滤波电容、工频逆变器以及并网滤波电感。其中第一升压变换器以光伏电池作为输入电源，并包含防反二极管、带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第一升压电感、光伏电池滤波电容、升压输出滤波电容；第一开关管的源极和第二开关管的漏极连接，第一开关管的漏极和升压输出滤波电容的正端连接，第二开关管的源极和升压输出滤波电容的负端连接，第一升压电感的一端连接在第一开关管的源极与第二开关管的漏极之间，第一升压电感的另一端和防反二极管的阴极连接，防反二极管的阳极与光伏电池的正端以及光伏电池滤波电容的正端连接，光伏电池的负端连接在第二开关管的源极与升压输出滤波电容的负端之间，并且与光伏电池滤波电容的负端连接；