[发明专利]一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器及其开关控制时序

权利要求书

1.一种功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器，其特征在于：包括直流电容支路(1)、高频主开关单元(2)和谐振网络(3)；

直流电容支路(1)由直流电容(C_dc1)组成；

高频主开关单元(2)由第一功率开关管(S₁)和第一功率二极管(D₁)的并联组合、第二功率开关管(S₂)和第二功率二极管(D₂)的并联组合、第三功率开关管(S₃)和第三功率二极管(D₃)的并联组合和第四功率开关管(S₄)和第四功率二极管(D₄)的并联组合构成；

谐振网络(3)由第一辅助功率开关管(S_1a)和第二辅助功率开关管(S_1b)的并联组合、第三辅助功率开关管(S_2a)和第四辅助功率开关管(S_2b)的并联组合、第五辅助功率开关管(S_3a)和第六辅助功率开关管(S_3b)的并联组合、第七辅助功率开关管(S_4a)和第八辅助功率开关管(S_4b)的并联组合、第一辅助谐振电容(C_1a)、第一辅助谐振电感(L_1a)、第二辅助谐振电容(C_2a)、第二辅助谐振电感(L_2a)、和第一辅助续流功率二极管(D_a1)构成；

所述第一功率开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)、第三功率开关管(S₃)、第四功率开关管(S₄)、第一辅助功率开关管(S_1a)、第二辅助功率开关管(S_1b)、第三辅助功率开关管(S_2a)、第四辅助功率开关管(S_2b)、第五辅助功率开关管(S_3a)、第六辅助功率开关管(S_3b)、第七辅助功率开关管(S_4a)、第八辅助功率开关管(S_4b)为全控型器件；

所述直流电容(C_dc1)的正端分别连接太阳能电池正输出端、第一功率开关管(S₁)和第三功率开关管(S₃)的集电极、第一功率二极管(D₁)和第三功率二极管(D₃)的阴极以及第一辅助谐振电容(C_1a)的第一端；直流电容(C_dc1)的负端分别连接太阳能电池负输出端、第二功率开关管(S₂)和第四功率开关管(S₄)的发射极、第二功率二极管(D₂)和第四功率二极管(D₄)的阳极以及第二辅助谐振电容(C_2a)的第一端；

所述第一功率开关管(S₁)的发射极分别与第一功率二极管(D₁)的阳极、第一辅助功率开关管(S_1a)的发射极、第二辅助功率开关管(S_1b)的集电极、第二功率开关管(S₂)的集电极、第二功率二极管(D₂)的阴极、第三辅助功率开关管(S_2a)的集电极、第四辅助功率开关管(S_2b)的发射极相连接，以及连接第一进网滤波电感(L₁)的一端；第三功率开关管(S₃)的发射极分别与第三功率二极管(D₃)的阳极、第五辅助功率开关管(S_3a)的发射极、第六辅助功率开关管(S_3b)的集电极、第四功率开关管(S₄)的集电极、第四功率二极管(D₄)的阴极、第七辅助功率开关管(S_4a)的集电极、第八辅助功率开关管(S_4b)的发射极相连接，以及连接第二进网滤波电感(L₂)的一端；

所述第一辅助功率开关管(S_1a)的集电极分别与第二辅助功率开关管(S_1b)的发射极、第五辅助功率开关管(S_3a)的集电极、第六辅助功率开关管(S_3b)的发射极和第一辅助谐振电感(L_1a)的第一端相连接；第三辅助功率开关管(S_2a)的发射极分别与第四辅助功率开关管(S_2b)的集电极、第七辅助功率开关管(S_4a)的发射极、第八辅助功率开关管(S_4b)的集电极和第二辅助谐振电感(L_2a)的第一端相连接；

所述第一辅助谐振电容(C_1a)的第二端与第一辅助谐振电感(L_1a)的第二端、第一辅助续流功率二极管(D_a1)的阴极相连接；第二辅助谐振电容(C_2a)的第二端与第二辅助谐振电感(L_2a)的第二端、第一辅助续流功率二极管(D_a1)的阳极相连接；

基于所述功率因数可调零电流型非隔离并网逆变器的开关控制时序，其特征在于：

以调制波过零点和参考电流过零点为分界点进行区域划分，每个工频周期被分为四个区域，不同区域内的开关控制时序不同；

逆变器非单位功率因数运行工况下，SPWM调制波相位和幅值A′与参考电流相位的对应关系分别为：

其中，L为滤波电感值，A为参考电流幅值，ω为电网电压角频率，V_p为载波幅值，U_PV为逆变器输入直流电压；

在调制波与参考电流同相区域，对调制波设置相应的补偿量以抵偿谐振网络工作过程对逆变器输出差模电压的影响；

调制波正半周，第一功率开关管(S₁)和第四功率开关管(S₄)为主开关管按SPWM方式高频动作；调制波负半周，第二功率开关管(S₂)和第三功率开关管(S₃)为主开关管按SPWM方式高频动作； 各区域的具体开关控制时序如下：

在调制波为正且参考电流为正的区域，第一功率开关管(S₁)和第四功率开关管(S₄)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管(S_1a)和第七辅助功率开关管(S_4a)具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管(S₁)和第四功率开关管(S₄)准互补的方式高频动作，而且第一辅助功率开关管(S_1a)的导通开始阶段与第一功率开关管(S₁)的导通末尾阶段有交叠区、第七辅助功率开关管(S_4a)的导通末尾阶段与第四功率开关管(S₄)的导通开始阶段有交叠区；第二辅助功率开关管(S_1b)和第八辅助功率开关管(S_4b)具有相同的驱动时序，并且第二辅助功率开关管(S_1b)的导通时刻为第一辅助功率开关管(S_1a)的关断时刻；第三辅助功率开关管(S_2a)、第四辅助功率开关管(S_2b)、第五辅助功率开关管(S_3a)、第六辅助开关管(S_3b)一直关断；

在调制波为负且参考电流为负的区域，第二功率开关管(S₂)和第三功率开关管(S₃)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管(S_2a)和第五辅助功率开关管(S_3a)具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管(S₂)和第三功率开关管(S₃)准互补的方式高频动作，而且第三辅助功率开关管(S_2a)的导通开始阶段与第二功率开关管(S₂)的导通末尾阶段有交叠区、第五辅助功率开关管(S_3a)的导通末尾阶段与第三功率开关管(S₃)的导通开始阶段有交叠区；第四辅助功率开关管(S_2b)和第六辅助功率开关管(S_3b)具有相同的驱动时序，并且第四辅助功率开关管(S_2b)的导通时刻为第三辅助功率开关管(S_2a)的关断时刻；第一辅助功率开关管(S_1a)、第二辅助功率开关管(S_1b)、第七辅助功率开关管(S_4a)、第八辅助开关管(S_4b)一直关断；

在调制波为正且参考电流为负的区域，第一功率开关管(S₁)和第四功率开关管(S₄)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第三辅助功率开关管(S_2a)和第五辅助功率开关管(S_3a)具有相同的驱动时序并按与第一功率开关管(S₁)和第四功率开关管(S₄)准互补的方式高频动作，其开通时刻为第一功率开关管(S₁)的关断时刻，其关断时刻提前于第一功率开关管(S₁)的开通时刻；第一辅助功率开关管(S_1a)和第七辅助功率开关管(S_4a)具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第三辅助功率开关管(S_2a)的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第一功率开关管(S₁)的开通时刻；第二辅助功率开关管(S_1b)、第四辅助功率开关管(S_2b)、第六辅助开关管(S_3b)、第八辅助开关管(S_4b)一直关断；

在调制波为负且参考电流为正的区域，第二功率开关管(S₂)和第三功率开关管(S₃)具有相同的驱动时序，并按SPWM方式高频动作；第一辅助功率开关管(S_1a)和第七辅助功率开关管(S_4a)具有相同的驱动时序并按与第二功率开关管(S₂)和第三功率开关管(S₃)准互补的方式高频动作，其开通时刻为第二功率开关管(S₂)的关断时刻，其关断时刻提前于第二功率开关管(S₂)的开通时刻；第三辅助功率开关管(S_2a)和第五辅助功率开关管(S_3a)具有相同的驱动时序，其开通时刻提前于第一辅助功率开关管(S_1a)的关断时刻，其关断时刻为滞后于后一个开关周期第二功率开关管(S₂)的开通时刻；第二辅助功率开关管(S_1b)、第四辅助功率开关管(S_2b)、第六辅助开关管(S_3b)、第八辅助开关管(S_4b)一直关断。