无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构及调制方法技术

本发明专利技术提供无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构，包括低频纹波抑制模块，由互补导通的两个功率开关管组成，两个功率开关管串联后连接在单相逆变器的直流侧，二者连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。本发明专利技术在原有逆变器的基础上，只需将滤波电路的电感与电容拆分为两组对称的电感及电容，再添加一个仅由两支功率开关管组成的低频纹波抑制模块，通过控制低频纹波抑制模块的功率开关管的开关状况即可将脉动功率控制在两支滤波电容上，实现消除逆变器中直流侧电解电容，提高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构的调制方法
本专利技术属于逆变器领域，具体涉及一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构及调制方法。
技术介绍
由于输入与输出瞬时功率的不平衡，输入电流中会产生二倍于输出频率的低频纹波电流，该低频纹波电流会在各应用领域带来一系列危害：在电力系统中会加重设备负担、带来电能损耗；在燃料电池系统中，会降低系统效率、缩短燃料电池寿命；在光伏发电系统中，会影响MPPT等。为解决上述问题，在逆变场合不得不大量采用电解电容缓冲能量，平衡交流侧与直流侧瞬时功率。但电解电容存在着寿命短、体积大等缺陷，严重影响系统的可靠性与功率密度的提高。目前消除或减小逆变器中电解电容的拓扑可以归为两类：一是通过添加一些无源或有源滤波装置，将脉动功率控制在储能元件或滤波装置上，例如在并网光伏逆变器中通过添加两支功率开关管与储能电感，将脉动功率通过添加的功率管转移至储能电感上，该方法为了满足MPPT的控制，并不能完全将脉动功率转移至储能电感上，只能适度减小了直流侧电解电容。该方法本质上是将脉动功率控制在直流侧，直流侧仍然存在电解电容。二是采用差分逆变器这一特殊拓扑，通过控制交流侧两支滤波电容的电压波形，实现负载所需的脉动功率由这两支滤波电容提供，在这种拓扑中，脉动功率由交流侧补偿。该方法能消除电解电容且无需添加额外的器件，但是过分依赖于不太常用的差分逆变器这一拓扑结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构及调制方法，消除逆变器中直流侧电解电容，提高系统可靠性。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构，其特征在于：它包括：低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构的调制方法，其特征在于：采集滤波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行比较，形成一组PWM控制参数控制所述的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的导通；其中滤波电路中2个电容的电压设定值vc1与vc2分别为：vc1=12Vmaxsin(ωt)+F(t)---(7),]]>vc2=-12Vmaxsin(ωt)+F(t)---(8),]]>其中，Vmax为输出电压的峰值，ω为工频角频率，t为时间，F(t)为电容中点电压控制函数，输出电压为滤波电路的输出端电压；其中vd为电容电压直流偏置部分，且vd<vin-B(17)，vin为直流侧输入电压，C为滤波电路中一个电容的容值，Imax为负载电流峰值，B为电容电压中二倍于输出电压频率部分的幅值，为电容电压中二倍于输出电压频率部分的相角。一种无电解电容单相逆变器拓扑结构，其特征在于：它包括：直流电源；单相逆变器，其直流侧与所述的直流电源连接；滤波电路，由两组相互对称的电感和电容构成，其输入端与所述的单相逆变器的交流侧连接，其输出端即为负载端；低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。按上述方案，所述的单相逆变器为推挽逆变器或全桥逆变器。无电解电容单相逆变器拓扑结构的调制方法，其特征在于：独立调制单相逆变器和低频纹波抑制模块中的功率开关管：单相逆变器中的功率开关管的调制方法与现有技术相同；低频纹波抑制模块中的功率开关管的调制方法如下：采集滤波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行比较，形成一组PWM控制参数控制所述的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的导通；其中滤波电路中2个电容的电压设定值vc1与vc2分别为：vc1=12Vmaxsin(ωt)+F(t)---(7),]]>vc2=-12Vmaxsin(ωt)+F(t)---(8),]]>其中，Vmax为输出电压的峰值，ω为工频角频率，t为时间，F(t)为电容中点电压控制函数，输出电压为滤波电路的输出端电压；其中vd为电容电压直流偏置部分，且vd<vin-B(17)，vin为直流侧输入电压，C为滤波电路中一个电容的容值，Imax为负载电流峰值，B为电容电压中二倍于输出电压频率部分的幅值，为电容电压中二倍于输出电压频率部分的相角。本专利技术的有益效果为：在原有逆变器的基础上，只需将滤波电路的电感L与电容C分别拆分为两组对称的电感及电容，再添加一个仅仅由两支功率开关管组成的低频纹波抑制模块，通过控制低频纹波抑制模块的功率开关管的开关状况即可将脉动功率控制在两支滤波电容上，直流源只需提供负载所需功率的直流平均部分。实现逆变功能的桥臂的控制与实现脉动功率补偿的桥臂的控制时相互独立的，控制方式简单，容易实现。附图说明图1是无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构。图2是无电解电容单相逆变器的拓扑结构。图3是无电解电容单相全桥逆变器拓扑结构。图4是无电解电容单相全桥逆变器拓扑的4种开关状态。图5是逆变功能开关管与电容中点电压开关管的控制的两种调制模式。图6是无电解电容单相全桥逆变器的控制原理框图。图7是普通全桥逆变器的电容电压与输出电压及输入电流仿真波形图。图8是普通全桥逆变器的电容电压与输出电压及输入电流实验图。图9是普通全桥逆变器脉动功率与脉动电流回路。图10是无电解电容单相全桥逆变器的电容电压vc1，vc2，输出电压vo及输入电流iin的仿真波形图。图11是无电解电容单相全桥逆变器的电容电压与输出电压及输入电流实验图。图12是无电解电容单相全桥逆变器的脉动功率回路与纹波电流回路。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构如图1所示，包括：低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。第五功率开关管T5与第六功率开关管T6通过调制器控制其通断，调制器，用于采集滤波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构，其特征在于：它包括低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T5与第六功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。

【技术特征摘要】
1.一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构的调制方法，无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构包括低频纹波抑制模块，由互补导通的功率开关管T5与功率开关管T6组成，功率开关管T5与功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，功率开关管T5与功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成；其特征在于：采集滤波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行比较，形成一组PWM控制参数控制所述的功率开关管T5与功率开关管T6的通断；其中滤波电路中2个电容的电压设定值vc1与vc2分别为：其中，Vmax为输出电压的峰值，ω为工频角频率，t为时间，F(t)为电容中点电压控制函数，输出电压为滤波电路的输出端电压；其中vd为电容电压直流偏置部分，且vd<vin-B，vin为直流侧输入电压，C为滤波电路中一个电容的容值，Imax为负载电流峰值，B为电容电压中二倍于输出电压频率部分的幅值，为电容电压中二倍于输出电压频率部分的相角。2.一种无电解电容单相逆变器拓扑结构的调制方法，无电解电容单相逆变器拓扑结构包括：直流电源；单相逆变器，其直流侧与所述的直流电源连接；滤波电路，由两组相互对称的电感和电容构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国荣，马思源，陈皓，李小坤，刘连园，梁标，刘芙蓉，徐应年，陈伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42