[发明专利]一种具有直流母线电压平衡功能的并网逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网逆变器，尤其涉及一种具有直流母线电压平衡功能的并网逆变器。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

并网逆变器主要用于将能源设备产生的直流电转变成电网所需的交流电。按照能源设备的不同，并网逆变器一般可分为光伏发电并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备发电并网逆变器等等。

在现有技术中存在各种类型的并网逆变器。比如，按照直流侧电源性质的不同，可分为电压源型并网逆变器和电流源型并网逆变器；按照隔离方式的不同，可分为隔离型并网逆变器和非隔离型并网逆变器。比如，并网逆变器又可分为单级并网逆变器、两级并网逆变器、多级并网逆变器。

现有技术中，单级并网逆变器包括单级单一变压并网逆变器、单级可升降压并网逆变器。图1示出了一种单级电压源型并网逆变器的电路拓扑，其可实现降压逆变，即输出的交流电压的峰值小于输入的直流电压值。图2示出了一种单级电流源型并网逆变器的电路拓扑，其可实现升压逆变，即输出的交流电压的峰值大于输入的直流电压值。在实际应用中，将可再生能源作为等效直流电源进行并网发电过程中，其输入的直流电压可能在一个较大范围内变动。比如，在不同温度情况下，同一光伏电池组产生的直流电压可能在CV-700V范围内变动。因此，传统的单级单一变压并网逆变器的应用受到了很大限制。

单级可升降压并网逆变器包括两种典型电路拓扑，Z源并网逆变器(Z-source并网逆变器)和自然软开关并网逆变器。图3示出了Z源并网逆变器的电路拓扑，其能通过一级电路实现升压或降压逆变，减少了功率器件的数量。图4示出了自然软开关并网逆变器的电路拓扑。当图4中的功率开关S₅闭合时，其等效于一个直流输入侧为LC滤波电路、交流输出侧为LCL滤波电路的电压源型并网逆变器。当图4中的功率开关S₅断开时，其等效于一个交流输出侧为LCL滤波电路的电流源型并网逆变器。Z-source逆变器改变了等效直流输入电源的性质，使其既具备电压源又具备电流源特性。自然软开关逆变器在不同工作需求阶段，其直流输入电源呈现电压源或电流源特性。目前，其他单级可升降压并网逆变器的原理与这两类并网逆变器类似。但是，与传统电压源型并网逆变器相比，这两类并网逆变器都有一个缺点，即由于其功率回路中额外串接了一个、两个甚至多个平波电感，增加了额外的功率损失。

在现有技术中，传统的两级并网逆变器由Boost(升压)DC-DC(直流-直流)电路和逆变电路构成，并且在其两级电路中的功率开关均以高频工作，开关损耗很大。在现有技术中，还包括一种两级时分式复合并网逆变器，如图5所示。在两级时分式复合并网逆变器中，当直流输入电压低于电网电压时，此时并网逆变器可等效为工作在Boost(升压)模式下的电流源逆变器；当直流输入电压高于电网电压时，此时并网逆变器可等效为工作在Buck(降压)模式下的电压源逆变器。其中，图6和图7分别给出了两级时分式复合并网逆变器工作在Boost模式和Buck模式下的状态示意图。两级时分式复合并网逆变器降低了开关损耗，但是在以Boost模式高频工作期间，输出滤波器等效为CL-CL滤波器，虽然滤波效果得到加强，但同时也带来了功率损耗加大与控制难度加大的问题。

为了进一步减小导通损耗、开关损耗，提高逆变器的效率，现有技术中给出了一种电压电流混源型并网逆变器，如图8所示。该并网逆变器具有电感压降小、导通损耗小、开关损耗小、高频下高效率的优点。但是，该并网逆变器也存在缺陷。比如，由于在工频正半周或工频负半周仅有第一逆变电路或第二逆变电路工作，因此需要在输入等效直流电源侧并联一个容量较大的平波电容，以使输入直流电压保持基本稳定。同时，由于外在条件不同，在对可再生能源，如太阳能电池板，进行最大功率跟踪时，第一等效直流电源E₁和第二等效直流电源E₂的输出功率很难保持平衡，进而不能满足全功率并网要求。在不损失可再生能源的最大功率的前提下，如果想要解决上述问题，就必须在图8所示的电路中增加一个直流母线电压平衡调整电路，从而增加了成本。

针对现有技术中图8所示的并网逆变器的缺点，有必要提出一种能够实现直流母线电压平衡的并网逆变器。

发明内容