用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路制造技术

本实用新型专利技术用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，涉及交流干线或交流配电网络的电路装置，由解耦电容器A、解耦电容器B、解耦电容器C、开关管A、开关管B、开关管C、开关管D和一个电感组成，该功率解耦电路可以保障母线电压在400V左右稳定并且减小单个电容的容量，减小电容和开关管的耐压水平，克服了现有的光伏并网逆变器装置中需要较大容量和较大体积的解耦电容、结构复杂、功率密度低、体积大和成本高的缺陷。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，涉及交流干线或交流配电网络的电路装置，由解耦电容器A、解耦电容器B、解耦电容器C、开关管A、开关管B、开关管C、开关管D和一个电感组成，该功率解耦电路可以保障母线电压在400V左右稳定并且减小单个电容的容量，减小电容和开关管的耐压水平，克服了现有的光伏并网逆变器装置中需要较大容量和较大体积的解耦电容、结构复杂、功率密度低、体积大和成本高的缺陷。【专利说明】用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路
本技术的技术方案涉及交流干线或交流配电网络的电路装置，具体地说是用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路。
技术介绍
在单相光伏并网逆变器中，为使逆变器的输出功率因数接近1，需要控制逆变器的输出电流波形为正弦波形且与电网电压同相位，这使得逆变器的输出功率为两倍于电网频率的脉动功率。这个脉动功率会在直流母线上产生低频纹波，进而引起光伏阵列的电压和电流的波动。然而，为了最大限度地利用光伏阵列所发出的能量，必须使光伏阵列充分接近其最大功率点运行。为了限制在直流母线上产生的低频纹波，现有的解决方法是在光伏阵列两端并联大的解耦电容，对于400V的直流母线电压来说，解耦电容一般为0.5mF/kW。这无疑增加了逆变器的体积和成本。在这种情况下，如何减小逆变器的电容容量和体积，提高整机功率密度成为近年来学者争相研究的热点问题之一。文献《Utility-connected power converter for maximizing power transferfrom a photovoltaic source while drawing ripple-free current〉〉提出的方法增大了母线电容的电压波动幅度，使器件的耐压增大，从而对高耐压电容的选择带来困难，并且器件的寿命也会降低。文献《DC bus regulation strategy for grid-connected V powergeneration system))提出的方法是将一个电感和一个电容串联之后,再并联在直流母线上，利用LC串联谐振的方法可以有效减小母线的电压波动。这种解耦方法的L和C的取值很大，并且其产生的谐振电流存在大幅度波动，给系统增加了不稳定性，并且这种方法不适用于小功率场合。文献《两级式光伏并网逆变器及其功率解耦研究》中boost解耦电路中的电容的电压波动大，在400— 1000V之间，对电容的耐压要求高。CN101841252A公开了一种主动能量解耦的光伏并网逆变器，介绍了一种光伏并网逆变器的主动能量解耦方式，利用了两个反激变换器并联电容的方式，其装置的结构复杂、体积大和成本高；CN102638059A报道了单相光伏并网发电系统功率解耦电路及其控制方法，其中的单相光伏并网发电系统功率解耦电路的解耦部分位于全桥逆变和并网滤波器之间，对并网滤波器的设计要求和成本均较闻。总之，现有的单相光伏并网逆变器装置中，仍存在需要较大容量和较大体积的解耦电容、结构复杂、功率密度低、体积大和成本高的缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是:提供用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，该功率解耦电路可以保障母线电压在400V左右稳定并且减小单个电容的容量，减小电容和开关管的耐压水平，克服了现有的光伏并网逆变器装置中需要较大容量和较大体积的解耦电容、结构复杂、功率密度低、体积大和成本高的缺陷。本技术解决该技术问题所采用的技术方案是:用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，由解耦电容器A、解耦电容器B、解耦电容器C、开关管A、开关管B、开关管C、开关管D和一个电感组成；解耦电容器A和解耦电容器B串联后的正极连接于开关管A和开关管B串联后的开关管A的集电极，再连接到一条直流母线的正极节点上，解耦电容器A和解耦电容器B串联后的负极连接于另一条直流母线的负极节点上，开关管A和开关管B串联后的开关管B的发射极连接于解耦电容器A和解耦电容器B串联后的中间节点，开关管A的发射极与开关管B的集电极的连接点通过电感连接于开关管C的发射极与开关管D的集电极的连接点，开关管C和开关管D串联后的开关管C的集电极连接于解耦电容器C的正极，开关管C和开关管D串联后的开关管D的发射极连接于解耦电容器C的负极并同时连接于解耦电容器A和解耦电容器B的中间节点。上述用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，其中解耦电容器A的电容值为22 μ F和耐压值为148V，解耦电容器B的电容值为68 μ F和耐压值为294V，解耦电容器C的电容值为82 μ F和耐压值为294V。上述用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路中的开关管Α、开关管B、开关管C和开关管D均采用型号为ΙΚΡ15Ν65Η5的绝缘栅双极型晶体管。上述用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，其中所涉及到的开关管、解耦电容器、电感都是公知的，所有元器件都可以通过商购等公知途径获得，所有元器件的连接也都是本
的技术人员所熟知的线路连接方法。上述用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，在应用于光伏并网逆变器中时，解耦电容器A和解耦电容器B串联后的正极连接于开关管A和开关管B串联后的正极再连接到一条直流母线的正极节点，解耦电容器A和解耦电容器B串联后的负极连接于另一条直流母线的负极节点，该正极节点和负极节点分别连接到光伏阵列的正极和负极上，并且作为逆变器的输入端。在应用于光伏并网逆变器中时，本技术用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路也是能量双向流动的DC/DC变换器。本技术的有益效果是:与现有技术相比，本技术的实质性特点是:根据光伏阵列产生能量与逆变器输出能量的不同，本技术用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路工作于充电和放电两种工作模式，每种工作模式下会有buck电路和boost电路两种工作状态。(I)在向电网输出功率低于光伏阵列所产生的功率情况下:在解耦电容器A的电压高于解耦电容器C的电压时，当开关管A导通时，解耦电容器A、开关管A、电感、开关管C的反并联二极管和解耦电容器C形成回路，解耦电容器A能量流向解耦电容器C，给电感和解耦电容器C充电，电感电流增加；当开关管A关闭时，电感、开关管B、开关管C的反并联二极管和解耦电容器C形成回路，电感续流给解耦电容器C充电，电感电流降低。此时开关管A工作于高频状态，工作电路是buck电路工作状态。在解耦电容器A的电压低于解耦电容器C的电压时，当开关管A与开关管D导通时，解耦电容器A、开关管A、电感和开关管D形成回路，解耦电容器A对电感充电，电感电流增加；当开关管D关闭时，解耦电容器A、开关管A、电感、开关管C的反并联二极管和解耦电容器C形成回路，解耦电容器A和电感共同向解耦电容器C充电，电感电流降低。此时开关管A工作于低频状态，开关管C工作于高频状态，工作电路是boost电路工作状态。由于控制过程中，直流母线电压保持稳定，在解耦电容器I向解耦电容器3充电的整个过程中，由于解耦电容器I的电压的降低，从而解耦电容器2的电压上升，解耦电容器2储存部分过剩能量。经过以上过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于光伏并网逆变器的升压与降压混合型功率解耦电路，其特征在于：由解耦电容器A、解耦电容器B、解耦电容器C、开关管A、开关管B、开关管C、开关管D和一个电感组成；解耦电容器A和解耦电容器B串联后的正极连接于开关管A和开关管B串联后的开关管A的集电极，再连接到一条直流母线的正极节点上，解耦电容器A和解耦电容器B串联后的负极连接于另一条直流母线的负极节点上，开关管A和开关管B串联后的开关管B的发射极连接于解耦电容器A和解耦电容器B串联后的中间节点，开关管A的发射极与开关管B的集电极的连接点通过电感连接于开关管C的发射极与开关管D的集电极的连接点，开关管C和开关管D串联后的开关管C的集电极连接于解耦电容器C的正极，开关管C和开关管D串联后的开关管D的发射极连接于解耦电容器C的负极并同时连接于解耦电容器A和解耦电容器B的中间节点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，姜龙斌，冯俊博，梁昊天，孙传杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：