[发明专利]一种升降压并网逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统的并网逆变器，具体涉及一种升降压并网逆变器。

背景技术

在传统的光伏逆变器拓扑结构中，为了保证安全和输出电能的质量，往往需要采用隔离变压器进行隔离，抑制输出电流谐波。但是传统变压器因体积大、重量大、效率低等缺点已经对整个光伏发电系统的性能造成了很大的影响。

随着新型分布式能源的兴起和涌入，无变压器并网逆变器相比于传统逆变器的明显优势已经得到全世界的重视。在无变压器并网逆变器中，由于变压器的缺失，往往存在漏电流问题。而且在环境变化比较恶劣的环境中，如何找到适应于直流输入侧大范围变化的逆变器也成为国际研究热点。

如图1所示，为传统的H桥结构，其中E为直流电压源，V_g为电网交流电源。传统H桥结构简单，采用双极性调制可以很好的抑制泄露电流问题。但是这样会导致在整个电网周期内4个开关管S1～S4都以较高的开关频率工作，开关电压为整个直流侧电压，会导致很大的开关损耗，从而在很大程度上限制了整个逆变器的效率。

为了克服H桥的一些弊端，进一步提高效率，一些新的逆变器结构被提出来了，如图2和图3所示。其中图2为H5逆变器，H5逆变器在增加一个开关管的基础上很好的克服了传统H桥的缺陷，使无变压器式光伏逆变器的系统效率有了很大的提升，但是在实际使用中其仍然存在发热不均匀的问题，降低了电路的寿命及可靠性。图3为HERIC(Highly Efficient Reliable Inverter Concept，高效率可靠逆变器概念)结构，HERIC结构同样的具有良好的共模漏电流抑制能力，但是其使用的元器件相对较多。

另一方面，在可再生能源并网发电过程中，直流电源的电压可能在大范围变化；比如同一光伏电池组，在不同温度情况下，直流电压可能在300V-700V变化。在这种条件下，传统电压源或电流逆变器作为220V/380V的低压功率变换接口，往往需要额外一级DC/DC变换电路来实现电压调整。这样会导致系统的效率偏低，增加系统的复杂性、成本等。

如图4和图5所示，为单级式可升降压的并网逆变器拓扑的两种典型拓扑：Z源逆变器和自然软开关逆变器拓扑。为了克服传统逆变器变压限制的缺点，F.Z.Peng教授提出了著名的Z源逆变器，如图4所示，其中Z1构成Z源阻抗，该逆变器能通过一级电路实现升降压变换，减少功率器件数量。图5为自然软开关逆变器拓扑。它与传统两级式硬开关逆变器相比，原有的升压DC/DC变换电路的控制开关被移至平波电容支路，成为辅助开关；在正常矢量工作时刻，辅助开关打开，整个变换器是一个电压源逆变器；而在换流或升压时刻，辅助开关关断，整个变换器成为电压可嵌位的电流源型逆变器。Z源逆变器改变了等效输入电源的性质，使其既具备有电压源又具有电流源特性；自然软开关逆变器在不同工作需求阶段，其输入电源呈现出电压源或电流源特性。目前，其他单级可升降压逆变电路的原理和与这两类电路类似。但是，这类都有一个共同缺点:相对于传统电压源型并网逆变器，功率回路中额外串接了一个、两个甚至多个平波电感，将造成额外的功率损失。

在现有技术中，传统的两级并网逆变器由升压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升压模式和降压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，但是在以升压模式高频工作期间，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。

针对现有技术的缺陷，在对变化范围较大的直流输入电压进行220V/380V低压并网时，亟需一种能降低各种功率损耗，如开关损耗、输电线路损耗，效率较高并且不存在共模漏电流问题的并网逆变器。

发明内容

本发明提供一种升降压并网逆变器，开关器件少、不存在漏电流问题、效率高、可实现升降压的特点。

为实现上述目的，本发明了提供一种升降压并网逆变器，其特点是，该并网逆变器包含：升降压电路、检测电路和控制电路；所述升降压电路至少包括：直流电压源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第一电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管和滤波电容；