[发明专利]适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器

权利要求书

1.一种高能效双输入逆变器，其特征在于：

所述一种高能效双输入逆变器由正半周直流输入源(V_P)、负半周直流输入源(V_N)，逆变桥臂-P、逆变桥臂-N、集成的Boost-P、集成的Boost-N、正滤波电感(L_P)、负滤波电感(L_N)、正低频开关管(S_P)、负低频开关管(S_N)和直流母线电容(C_Bus)构成；其中，

所述逆变桥臂-P由第一正开关管(S_P1)、第二正开关管(S_P2)、第一正二极管(D_P1)、第二正二极管(D_P2)组成，

所述逆变桥臂-N由第一负开关管(S_N1)、第二负开关管(S_N2)、第一负二极管(D_N1)、第二负二极管(D_N2)组成，

所述集成的Boost-P由正Boost开关管(S_PB)、正Boost二级管(D_PB)、正Boost滤波电感(L_PB)组成，

所述集成的Boost-N由负Boost开关管(S_NB)、负Boost二级管(D_NB)、负Boost滤波电感(L_NB)组成；

其中，正半周直流输入源(V_P)的正极连于正Boost滤波电感(L_PB)的一端和第一正二极管(D_P1)的阳级，正Boost滤波电感(L_PB)的另一端连于正Boost二级管(D_PB)的阳极和正Boost开关管(S_PB)的集电极，正Boost二级管(D_PB)的阴极连于第一正开关管(S_P1)的集电极、直流母线电容(C_Bus)的正端、第一负开关管(S_N1)的集电极和负Boost二级管(D_NB)的阴极，第一正开关管(S_P1)的发射极连于第一正二极管(D_P1)的阴级和第二正开关管(S_P2)的集电极，第二正开关管(S_P2)的发射极连于正滤波电感(L_P)的一端和第二正二极管(D_P2)的阴极，正滤波电感(L_P)的另一端连于电网(v_G)的一端和负低频开关管(S_N)的集电极，电网(v_G)的另一端连于正低频开关管(S_P)的集电极和负滤波电感(L_N)的一端，负滤波电感(L_N)的另一端连于第二负开关管(S_N2)的发射极和第二负二极管(D_N2)的阴极，第二负开关管(S_N2)的集电极连于第一负开关管(S_N1)的发射极和第一负二极管(D_N1)的阴极，第一负二极管(D_N1)的阳极连于负半周直流输入源(V_N)的正极和负Boost滤波电感(L_NB)的一端，负Boost滤波电感(L_NB)的另一端连于负Boost二级管(D_NB)的阳极和负Boost开关管(S_NB)的集电极，负Boost开关管(S_NB)的发射极连于正半周直流输入源(V_P)的负极、正Boost开关管(S_PB)的发射极、第二正二极管(D_P2)的阳极、负低频开关管(S_N)的发射极、正低频开关管(S_P)的发射极、第二负二极管(D_N2)的阳极和负半周直流输入源(V_N)的负极。

2.基于权利要求1的实现两个直流输入源独立控制的控制策略，其特征在于：

(1)包含Boost-P控制器、Boost-N控制器和逆变器控制器三个控制器：Boost-P和Boost-N控制器分别实现正半周直流输入源(V_P)和负半周直流输入源(V_N)的最大功率点跟踪，逆变器控制器实现直流母线电压和并网电流的控制，三个控制器的输出分别为为Boost-P、Boost-N的控制信号v_CBP、v_CBN和逆变器正半周的控制信号v_CP，对v_CP取反得到逆变器负半周的控制信号v_CN；

(2)逆变桥臂-P和逆变桥臂-N的工作原理及控制策略类似，这里仅对逆变桥臂-P进行说明：

在电网电压(v_G)的正半周，逆变桥臂-P工作，正低频开关管(S_P)保持导通，逆变桥臂-P包含三种工作模态：正半周直流输入源(V_P)单独供电模态、正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态、直流母线(V_Bus)单独供电模态；从减小功率转换级数的角度来看，正半周直流输入源(V_P)单独供电模态最优，正半周直流输入源(V_P)直接经逆变器将能量供给电网(v_G)，为单级功率转换；直流母线(V_Bus)单独供电模态最差，功率转换均为两级转换；正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态介于前两者之间；由于逆变桥臂-P为降压型桥臂，故正半周直流输入源(V_P)单独供电模态只适用于v_G＜V_P的区间，当v_G＞V_P时，应当引入正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态，这种在电网电压(v_G)正半周，由正半周直流输入源(V_P)单独供电模态、正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态两种模态组成的模式为模式一，该模式为功率转换级数最少的模式；但当正半周直流输入源(V_P)的功率较小，不足以提供模式一所需功率时，就需要引入直流母线(V_Bus)单独供电模态：当仅在v_G＞V_P对应区间引入直流母线(V_Bus)单独供电模态时，电网(v_G)正半周由正半周直流输入源(V_P)单独供电模态、正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态、直流母线(V_Bus)单独供电模态三种模态组成，这种模式为模式二；当引入直流母线(V_Bus)单独供电模态的区间扩大至v_G＜V_P时，电网(v_G)正半周由正半周直流输入源(V_P)单独供电模态和直流母线(V_Bus)单独供电模态两种模态组成，这种模式为模式三；当直流母线(V_Bus)单独供电模态的区间扩大至整个电网电压(v_G)的正半周时的工作模式为模式四；

用于产生直流母线(V_Bus)单独供电模态工作区间的模态载波v_{t_mode}为负的低频三角载波信号，其频率为电网电压(v_G)频率的两倍；当逆变桥臂-P工作于模式一时，Boost-P的控制信号v_CBP＞0，与载波v_{t_Boost}比较得到正Boost开关管(S_PB)的驱动信号，Boost-P正常工作，但与模态载波v_{t_mode}无交截，故没有引入直流母线(V_Bus)单独供电模态；当控制信号v_CBP＜0，说明正半周直流输入源(V_P)的功率较小，不足以提供模式一所需功率，此时，正Boost开关管(S_PB)保持关断，Boost-P停止工作，但v_CBP与模态载波v_{t_mode}有交截，v_{t_mode}＞v_CBP对应的区间为引入直流母线(V_Bus)单独供电模态的区间，v_CBP越小，直流母线(V_Bus)单独供电模态的区间越大；

(3)当逆变桥臂-P工作于正半周直流输入源(V_P)单独供电模态，第一正开关管(S_P1)保持关断，第二正开关管(S_P2)高频开关，该模态下用于产生第二正开关管(S_P2)驱动信号的控制信号为v_{C_VP}；当逆变桥臂-P工作于直流母线(V_Bus)单独供电模态，第一正开关管(S_P1)保持导通，第二正开关管(S_P2)高频开关，该模态下用于产生第二正开关管(S_P2)驱动信号的控制信号为v_CP；当逆变桥臂-P工作于正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态，第二正开关管(S_P2)保持导通，第一正开关管(S_P1)高频开关，用于产生第一正开关管(S_P1)驱动信号的调制波为v_{C_DI}；三种模态下，相应的调制波与输出电压(v_G)之间满足：

其中，V_T为逆变器的逆变桥臂的高频三角载波v_{t_inv}的幅值；

当逆变桥臂-P工作于模式二时，需要在正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态与直流母线(V_Bus)单独供电模态之间切换；当逆变桥臂-P工作于模式三时，需要在正半周直流输入源(V_P)单独供电模态与直流母线(V_Bus)单独供电模态之间切换；为保证逆变桥臂-P在上述两种情况下模态之间的平滑切换，三种模式的直流增益相等，即：

因此，调制波v_{C_VP}、v_{C_DI}与v_CP之间应满足：

也就是说，应根据正半周直流输入源(V_P)的值，按照公式(5)和(6)对v_CP进行调整，以得到调制波v_{C_VP}和v_{C_DI}；

(4)将是否需要引入直流母线(V_Bus)单独供电模态用M表示：M＝1表示相应区间工作在直流母线(V_Bus)单独供电模态，M＝0表示相应区间不工作在直流母线(V_Bus)单独供电模态；对于第二正开关管(S_P2)，当逆变桥臂-P工作于正半周直流输入源(V_P)时，调制波为v_{C_VP}，与三角载波v_{t_inv}比较产生的驱动信号为v_{GSP2_VP}；当逆变桥臂-P工作于直流母线(V_Bus)单独供电模态时，调制波v_CP，与三角载波v_{t_inv}比较产生的驱动信号为v_{GSP2_VBus}；因此，第二正开关管(S_P2)的驱动信号应满足：

对于第一正开关管(S_P1)，当逆变桥臂-P工作于正半周直流输入源(V_P)和直流母线(V_Bus)共同供电模态时，调制波为v_{C_DI}，与三角载波v_{t_inv}比较产生的驱动信号为v_{GSP1_DI}；当逆变桥臂-P工作于直流母线(V_Bus)单独供电模态时，第一正开关管(S_P1)保持导通状态；因此，第一正开关管(S_P1)的驱动信号应满足：

v_GSP1＝v_{GSP1_DI}∨M (8)。