适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器技术方案

本发明专利技术公开了适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器，属于电力电子变换器技术领域。该变换器由两个直流输入源(VP～VN)，两个逆变桥臂(逆变桥臂‑P～逆变桥臂‑N)、两个集成的Boost电路(Boost‑P～Boost‑N)、两个滤波电感(LP～LN)、两个低频开关管(SP～SN)、直流母线电容(CBus)和电网(vG)构成。该逆变器的控制电路包括Boost‑P、Boost‑N、逆变器的控制器和PWM调制单元。本发明专利技术可同时实现两个直流输入源VP和VN的最大功率点跟踪及输出并网电流的控制。本发明专利技术的两个逆变桥臂都包含反向串联的二极管，无桥臂直通风险。本发明专利技术可在桥臂中点产生多种电平，有助于开关损耗和滤波器体积的减小。本发明专利技术只有少部分能量需经过两个Boost电路处理，大部分能量可由逆变器直接传递到电网，减少了功率变换级数，系统效率高。

【技术实现步骤摘要】
适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器
本专利技术涉及适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器，属于电力电子
，特别属于直流-交流电能变换

技术介绍
近年来，光伏发电系统得到了广泛的应用。并网逆变器作为光伏发电系统的重要组成部分，对系统的效率，成本及可靠性有重要影响。非隔离型单相光伏并网逆变器因具有变换效率高，体积、重量小和成本低的优势得到了广泛的应用。受光照等因素的影响，不同光伏阵列的电压-电流特性不同。因此需要对不同的光伏阵列分别进行最大功率点跟踪，即分布式最大功率点跟踪以获取更多的能量。传统的两极变换结构，由前级Boost变换器和后级降压型逆变器级联组成，得到了广泛的应用。前级Boost变换器实现升压和光伏阵列的最大功率点跟踪，后级逆变器控制母线电压和进网电流。为了实现不同光伏阵列的最大功率点跟踪，前级需要多个Boost变换器实现分布式最大功率点跟踪。然而，在两级变换结构中，全部功率均要通过两级变换，故系统效率低、体积大、成本高。为了解决两级功率变换的问题，有学者提出了Z源逆变器、准Z源逆变器，以实现单级功率变换。但受升压能力、调制比等的限制，其并不能取得高的效率。考虑到效率和可靠性，双buck电路因其在这两方面的优势在光伏发电系统中得到了广泛应用。但由于其本质为降压型逆变器，仍不能克服两级功率转换的缺点。因此，如何解决现有双buck逆变器的两级功率变换并实现多个光伏阵列的分布式最大功率点跟踪成为逆变器
的技术挑战。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器，用于解决逆变系统对多个光伏阵列进行直流-交流电能变换时存在的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：所述适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器由两个直流输入源(VP～VN)，两个逆变桥臂(逆变桥臂-P～逆变桥臂-N)、两个集成的Boost电路(Boost-P～Boost-N)、两个滤波电感(LP～LN)、两个低频开关管(SP～SN)和直流母线电容(CBus)构成。其中，所述逆变桥臂-P由第一正开关管(SP1)、第二正开关管(SP2)、第一正二极管(DP1)、第二正二极管(DP2)组成；所述逆变桥臂-N由第一负开关管(SN1)、第二负开关管(SN2)、第一负二极管(DN1)、第二负二极管(DN2)组成；所述Boost-P由正Boost开关管(SPB)、正Boost二级管(DPB)、正Boost滤波电感(LPB)组成；所述Boost-N由负Boost开关管(SNB)、负Boost二级管(DNB)、负Boost滤波电感(LNB)组成；其中，所述正半周直流输入源(VP)的正极连于正Boost滤波电感(LPB)的一端和第一正二极管(DP1)的阳级，正Boost滤波电感(LPB)的另一端连于正Boost二级管(DPB)的阳极和正Boost开关管(SPB)的集电极，正Boost二级管(DPB)的阴极连于第一正开关管(SP1)的集电极、直流母线电容(CBus)的正端、第一负开关管(SN1)的集电极和负Boost二级管(DNB)的阴极。第一正开关管(SP1)的发射极连于第一正二极管(DP1)的阴级和第二正开关管(SP2)的集电极，第二正开关管(SP2)的发射极连于正滤波电感(LP)的一端和第二正二极管(DP2)的阴极，正滤波电感(LP)的另一端连于电网(vG)的一端和负低频开关管(SN)的集电极，电网(vG)的另一端连于正低频开关管(SP)的集电极和负滤波电感(LN)的一端，负滤波电感(LN)的另一端连于第二负开关管(SN2)的发射极和第二负二极管(DN2)的阴极，第二负开关管(SN2)的集电极连于第一负开关管(SN1)的发射极和第一负二极管(DN1)的阴极，第一负二极管(DN1)的阳极连于负半周直流输入源(VN)的正极和负Boost滤波电感(LNB)的一端，负Boost滤波电感(LNB)的另一端连于负Boost二级管(DNB)的阳极和负Boost开关管(SNB)的集电极，负Boost开关管(SNB)的发射极连于正半周直流输入源(VP)的负极、正Boost开关管(SPB)的发射极、第二正二极管(DP2)的阳极、负低频开关管(SN)的发射极、正低频开关管(SP)的发射极、第二负二极管(DN2)的阳极和负半周直流输入源(VN)的负极。基于所述适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器的实现两个直流电压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(VP)和负半周直流输入源(VN)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vCBP、vCBN和逆变器正半周的控制信号vCP。对vCP取反得到逆变器负半周的控制信号vCN。(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(vG)的正半周，逆变桥臂-P工作，正低频开关管(SP)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(VP)单独供电模态、正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)共同供电模态、直流母线(VBus)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(VP)单独供电模态最优，正半周直流输入源(VP)直接经逆变器将能量供给电网(vG)，为单级功率转换；直流母线(VBus)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(VP)和直流母线(VBus)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(VP)单独供电模态只适用于vG＜VP的区间。当vG＞VP时，应当引入正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)共同供电模态。这种在电网电压(vG)正半周，由正半周直流输入源(VP)单独供电模态、正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)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(VP)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(VBus)单独供电模态。当仅在vG＞VP对应区间引入直流母线(VBus)单独供电模态时，电网(vG)正半周由正半周直流输入源(VP)单独供电模态、正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)共同供电模态、直流母线(VBus)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(VBus)单独供电模态的区间扩大至vG＜VP时，电网(vG)正半周由正半周直流输入源(VP)单独供电模态和直流母线(VBus)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(VBus)单独供电模态的区间扩大至整个电网电压(vG)的正半周时的工作模式为模式四。用于产生直流母线(VBus)单独供电模态工作区间的模态载波vt_mode为负的低频三角载波信号，其频率为电网电压(vG)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vCBP＞0，与载波vt_Boost比较得到正Boost开关管(SPB)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.所述适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器由两个直流输入源(VP～VN)，两个逆变桥臂(逆变桥臂‑P～逆变桥臂‑N)、两个集成的Boost电路(Boost‑P～Boost‑N)、两个滤波电感(LP～LN)、两个低频开关管(SP～SN)和直流母线电容(CBus)构成。其中，所述逆变桥臂‑P由第一正开关管(SP1)、第二正开关管(SP2)、第一正二极管(DP1)、第二正二极管(DP2)组成；所述逆变桥臂‑N由第一负开关管(SN1)、第二负开关管(SN2)、第一负二极管(DN1)、第二负二极管(DN2)组成；所述Boost‑P由正Boost开关管(SPB)、正Boost二级管(DPB)、正Boost滤波电感(LPB)组成；所述Boost‑N由负Boost开关管(SNB)、负Boost二级管(DNB)、负Boost滤波电感(LNB)组成；其中，所述正半周直流输入源(VP)的正极连于正Boost滤波电感(LPB)的一端和第一正二极管(DP1)的阳级，正Boost滤波电感(LPB)的另一端连于正Boost二级管(DPB)的阳极和正Boost开关管(SPB)的集电极，正Boost二级管(DPB)的阴极连于第一正开关管(SP1)的集电极、直流母线电容(CBus)的正端、第一负开关管(SN1)的集电极和负Boost二级管(DNB)的阴极。第一正开关管(SP1)的发射极连于第一正二极管(DP1)的阴级和第二正开关管(SP2)的集电极，第二正开关管(SP2)的发射极连于正滤波电感(LP)的一端和第二正二极管(DP2)的阴极，正滤波电感(LP)的另一端连于电网(vG)的一端和负低频开关管(SN)的集电极，电网(vG)的另一端连于正低频开关管(SP)的集电极和负滤波电感(LN)的一端，负滤波电感(LN)的另一端连于第二负开关管(SN2)的发射极和第二负二极管(DN2)的阴极，第二负开关管(SN2)的集电极连于第一负开关管(SN1)的发射极和第一负二极管(DN1)的阴极，第一负二极管(DN1)的阳极连于负半周直流输入源(VN)的正极和负Boost滤波电感(LNB)的一端，负Boost滤波电感(LNB)的另一端连于负Boost二级管(DNB)的阳极和负Boost开关管(SNB)的集电极，负Boost开关管(SNB)的发射极连于正半周直流输入源(VP)的负极、正Boost开关管(SPB)的发射极、第二正二极管(DP2)的阳极、负低频开关管(SN)的发射极、正低频开关管(SP)的发射极、第二负二极管(DN2)的阳极和负半周直流输入源(VN)的负极。...

【技术特征摘要】
1.所述适用于分布式光伏并网系统的高能效双输入逆变器由两个直流输入源(VP～VN)，两个逆变桥臂(逆变桥臂-P～逆变桥臂-N)、两个集成的Boost电路(Boost-P～Boost-N)、两个滤波电感(LP～LN)、两个低频开关管(SP～SN)和直流母线电容(CBus)构成。其中，所述逆变桥臂-P由第一正开关管(SP1)、第二正开关管(SP2)、第一正二极管(DP1)、第二正二极管(DP2)组成；所述逆变桥臂-N由第一负开关管(SN1)、第二负开关管(SN2)、第一负二极管(DN1)、第二负二极管(DN2)组成；所述Boost-P由正Boost开关管(SPB)、正Boost二级管(DPB)、正Boost滤波电感(LPB)组成；所述Boost-N由负Boost开关管(SNB)、负Boost二级管(DNB)、负Boost滤波电感(LNB)组成；其中，所述正半周直流输入源(VP)的正极连于正Boost滤波电感(LPB)的一端和第一正二极管(DP1)的阳级，正Boost滤波电感(LPB)的另一端连于正Boost二级管(DPB)的阳极和正Boost开关管(SPB)的集电极，正Boost二级管(DPB)的阴极连于第一正开关管(SP1)的集电极、直流母线电容(CBus)的正端、第一负开关管(SN1)的集电极和负Boost二级管(DNB)的阴极。第一正开关管(SP1)的发射极连于第一正二极管(DP1)的阴级和第二正开关管(SP2)的集电极，第二正开关管(SP2)的发射极连于正滤波电感(LP)的一端和第二正二极管(DP2)的阴极，正滤波电感(LP)的另一端连于电网(vG)的一端和负低频开关管(SN)的集电极，电网(vG)的另一端连于正低频开关管(SP)的集电极和负滤波电感(LN)的一端，负滤波电感(LN)的另一端连于第二负开关管(SN2)的发射极和第二负二极管(DN2)的阴极，第二负开关管(SN2)的集电极连于第一负开关管(SN1)的发射极和第一负二极管(DN1)的阴极，第一负二极管(DN1)的阳极连于负半周直流输入源(VN)的正极和负Boost滤波电感(LNB)的一端，负Boost滤波电感(LNB)的另一端连于负Boost二级管(DNB)的阳极和负Boost开关管(SNB)的集电极，负Boost开关管(SNB)的发射极连于正半周直流输入源(VP)的负极、正Boost开关管(SPB)的发射极、第二正二极管(DP2)的阳极、负低频开关管(SN)的发射极、正低频开关管(SP)的发射极、第二负二极管(DN2)的阳极和负半周直流输入源(VN)的负极。2.基于权利要求1的实现两个直流电压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(VP)和负半周直流输入源(VN)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vCBP、vCBN和逆变器正半周的控制信号vCP。对vCP取反得到逆变器负半周的控制信号vCN。(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(vG)的正半周，逆变桥臂-P工作，正低频开关管(SP)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(VP)单独供电模态、正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)共同供电模态、直流母线(VBus)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(VP)单独供电模态最优，正半周直流输入源(VP)直接经逆变器将能量供给电网(vG)，为单级功率转换；直流母线(VBus)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(VP)和直流母线(VBus)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(VP)单独供电模态只适用于vG＜VP的区间。当vG＞VP时，应当引入正半周直流输入源(VP)和直流母线(VBus)共同供电模态。这种在电网电压(vG)正半周，由正半周直流输入源(VP)单独供电模态、正半周直流输入源(V...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，葛红娟，吴红飞，杨晶帆，于兆龙，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32