一种零输入纹波逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种零输入纹波逆变器及其控制方法。该逆变器的主电路拓扑包括直流电源、输入电容、原边开关管、隔离变压器、截止二极管、滤波电容、极性反转逆变桥、输出滤波电路、电网及解耦电路；其控制方法为：电网电压采样值经PLL获得与其同频同相的正弦波，输入电压和电流采样值经MPPT获得最大直流输入功率，再通过基准生成模块和调制波生成模块得到五个调制波信号，最后通过比较器及逻辑电路，从而控制并网逆变器工作。本发明专利技术在隔离变压器原边加入了由解耦开关管、解耦二极管、解耦电感和解耦电容构成的解耦电路以及增加变压器辅助绕组，有效的实现了并网和直流电源端输入电流谐波抑制双重功能。

A zero input ripple inverter and its control method

The invention discloses a zero input ripple inverter and a control method thereof. The main circuit topology of the inverter includes DC power supply, input capacitance, original side switch tube, isolation transformer, cut-off diode, filter capacitor, polarity reversal inverter bridge, output filter circuit, power grid and decoupling circuit. The control method is that the voltage sampling value of the power grid is obtained with the same frequency as the sine wave of the same frequency through PLL. The sampling value of voltage and current gets the maximum DC input power through MPPT, and then five modulation wave signals are obtained by the datum generation module and modulation wave generation module. Finally, the grid inverter is controlled by the comparator and the logic circuit. The decoupling circuit consisting of decoupling switch tube, decoupling diode, decoupling inductor and decoupling capacitor is added to the original side of the isolation transformer, and the auxiliary winding of the transformer is added, which effectively realizes the dual function of harmonic suppression of the input current of the grid and the DC power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种零输入纹波逆变器及其控制方法
本专利技术涉及一种零输入纹波逆变器及其控制方法，属于微型、并网逆变器，其利用增加的解耦电路和辅助绕组来实现直流电源输入电流中低频纹波分量的消除。
技术介绍
近年来，能源短缺和环境污染问题受到了人们的广泛关注，光伏发电、风电等新能源发电系统以其清洁、高效、可持续等优点，已成为学术界和工业界当前大力研究的热点，并提出了一系列方案和产品。对于这种新能源发电系统，并网逆变器输出功率中含有两倍于电网电压频率的功率纹波，该功率纹波必然会反馈到直流电源端，使得输入电流中含有大量的低频纹波分量，对于光伏组件而言，将会影响其最大功率点跟踪，降低系统效率，因此解决新能源发电系统输入电流中的低频纹波问题具有十分重要的意义。通过并联大容量的电解电容能够有效的滤除低频纹波，但所需的电容容值将会很大，严重影响系统的功率密度，并且电解电容具有寿命短，可靠性低等缺点。在电路中并联LC谐振电路，并将其谐振频率设计为两倍电网电压频率，也能够有效的滤除低频纹波分量，但该方案所采用的谐振电感感值和谐振电容容值均比较大，降低了系统的功率密度。总而言之，这些通过无源器件来消除输入电流中低频纹波分量的方法，存在着体积较大、可靠性较低等问题。为此探索新方法，包括新的拓扑方案、控制策略等，使得直流侧输入电流中不含有低频纹波分量，从而可以采用寿命长、可靠性高的薄膜电容来替代电解电容，具有十分重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述逆变器所存在的技术缺陷提供一种零输入纹波逆变器及其控制方法，采用这种增加解耦电路和辅助绕组的逆变器及其控制方法，可以有效消除电源端输入电流中的低频纹波分量，不再需要采用体积大、寿命短的电解电容，提高逆变器的可靠性。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：本专利技术的一种零输入纹波逆变器，包括直流电源、输入电容、隔离变压器、原边开关管、截止二极管、滤波电容、极性反转逆变桥、滤波电路及电网，其中直流电源的正极接输入电容的一端，直流电源的负极分别接输入电容的另一端和原边开关管的发射极，原边开关管的集电极接隔离变压器的原边绕组异名端，极性反转逆变桥包括两个晶闸管和两个开关管，第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阳极相连构成极性反转逆变桥的正输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥的负输入端，第一晶闸管的阴极和第一开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的正输出端，第二晶闸管的阴极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥的负输出端，隔离变压器副边绕组的非同名端和截止二极管的阳极相连接，隔离变压器副边绕组的同名端、滤波电容的一端和极性反转逆变桥的负输入端相连接，截止二极管的阴极、滤波电容的另一端和极性反转逆变桥的正输入端相连接，输出滤波电路包括一个输出滤波电感和一个输出滤波电容，输出滤波电感的一端、输出滤波电容的一端和极性反转逆变桥的正输出端相连接，输出滤波电感的另一端和电网的一端相连接，电网的另一端、输出滤波电容的另一端和极性反转逆变桥的负输出端相连接，还包括隔离变压器辅助绕组和解耦电路，其中解耦电路包括解耦电感、解耦电容、两个解耦二极管和两个解耦开关管，第一解耦开关管的集电极、第一解耦二极管的阳极和直流电源的正极相连接，第一解耦二极管的阴极和隔离变压器原边绕组的同名端相连接，第一解耦开关管的发射极、第二解耦二极管的阴极和解耦电感的一端相连接，直流电源的负极、解耦电感的另一端、解耦电容的一端和隔离变压器辅助绕组的同名端相连接，隔离变压器辅助绕组的异名端和第二解耦开关管的集电极相连接，第二解耦开关管的发射极、解耦电容的另一端和第二解耦二极管的阳极相连接。所述的零输入纹波逆变器控制方法包括以下步骤：步骤A，检测电网电压信号，输入电压信号，输入电流信号，解耦电容电压信号；步骤B，将步骤A得到的电网电压信号输入PLL模块，获得与电网电压同频同相的单位正弦波信号；步骤C，将步骤A得到的输入电压信号和输入电流信号接入MPPT模块，获得最大直流输入功率；步骤D，将步骤A得到的解耦电容电压信号经过低通滤波器，获得其直流分量；步骤E，计算解耦电容电压参考信号与解耦电容电压直流分量的差值；步骤F，将步骤A得到的解耦电容电压信号、步骤B得到的单位正弦波信号、步骤C得到的最大直流输入功率一同输入基准生成模块得到原边电流基准和输入电流基准；步骤G，将步骤E得到的电压差值经过PI调节器后，加在原边电流基准上，获得实际原边电流基准；步骤H，将步骤F得到的输入电流基准和步骤G得到的实际原边电流基准接入调制波生成模块，获得第一、第二、第三、第四、第五调制波信号；步骤I，将步骤H得到的第一、第二、第三、第四、第五调制波信号与步骤A得到的电网电压信号分别接入比较器，其中电网电压信号和第一调制波信号与零电平作比较，第二、第三、第四、第五调制波信号与载波作比较，分别获得第六、第一、第二、第三、第四、第五逻辑信号；步骤J，将前述第六逻辑信号输入逻辑电路，在逻辑电路中第六逻辑信号先直接输出得到极性反转逆变桥的第一晶闸管和第二开关管的控制信号，再经过逻辑非门得到极性反转逆变桥的第二晶闸管和第一开关管的控制信号；将前述第一、第二、第四逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一逻辑信号接入逻辑非门后，和第四逻辑信号一同接入逻辑与门，同时第一和第二逻辑信号接入逻辑与门，再将逻辑与门得到的信号一同接入逻辑或门，获得原边开关管的控制信号；将前述第一、第二、第三逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一和第二逻辑信号接入逻辑与门后，再接入逻辑非门，同时第一、第三逻辑信号一同接入逻辑与门，然后将获得的信号一同接入逻辑与门，获得第一解耦开关管的控制信号；将前述第一、第四、第五逻辑信号分别输入逻辑电路，在逻辑电路中第一逻辑信号接入逻辑非门，和第四逻辑信号一同接入逻辑与门后，再经过逻辑非门，同时将第一逻辑信号经过逻辑非门后和第五逻辑信号一同接入逻辑与门，然后将获得的信号一同接入逻辑与门，获得第二解耦开关管的控制信号。本专利技术披露了一种零输入纹波逆变器及其控制方法，其消除了直流电源输入电流中的低频纹波分量。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，通过把功率纹波转移到解耦电容上，实现了电源端输入电流中的低频纹波分量的消除，系统中能够避免采用体积大、可靠性低的电解电容。附图说明附图1是本专利技术的一种零输入纹波逆变器主电路及其控制方法的结构示意图。附图2是本专利技术的一种零输入纹波逆变器进一步等效电路图。附图3～附图4是本专利技术的一种零输入纹波逆变器两种主要工作波形示意图。附图5～附图10是本专利技术的一种零输入纹波逆变器的各开关模态示意图。附图11是本专利技术应用于110V/50Hz交流电网的输入电流、解耦电感电流、解耦电容电压、并网电流及电网电压的仿真波形。上述附图中的主要符号名称：Vin、电源电压。Cin、输入电容。Sp、原边开关管。Lx、解耦电感。Cx、解耦电容。Sx1、Sx2、均为解耦开关管。Dx1、Dx2、均为解耦二极管。T、隔离变压器。n1、隔离变压器原边绕组。n2、隔离变压器副边绕组。nx、隔离变压器辅助绕组。Lm、隔离变压器激磁电感。D1、截止二极管。Co、滤波电容。St1、St2、均为晶闸管。Ss1、Ss2、均为开关管。Lf、输出滤波电感。Cf、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零输入纹波逆变器，包括直流电源(Vin)、输入电容(1)、隔离变压器(2)、原边开关管(3)、截止二极管(4)、滤波电容(5)、极性反转逆变桥(6)、滤波电路(7)及电网(8)，其中直流电源(Vin)的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极分别接输入电容(1)的另一端和原边开关管(3)的发射极，原边开关管(3)的集电极接隔离变压器(2)的原边绕组异名端，极性反转逆变桥(6)包括两个晶闸管和两个开关管，第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阳极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输入端，第一晶闸管的阴极和第一开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第二晶闸管的阴极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，隔离变压器(2)副边绕组的非同名端和截止二极管(4)的阳极相连接，隔离变压器(2)副边绕组的同名端、滤波电容(5)的一端和极性反转逆变桥(6)的负输入端相连接，截止二极管(4)的阴极、滤波电容(5)的另一端和极性反转逆变桥(6)的正输入端相连接，输出滤波电路(7)包括一个输出滤波电感和一个输出滤波电容，输出滤波电感的一端、输出滤波电容的一端和极性反转逆变桥(6)的正输出端相连接，输出滤波电感的另一端和电网(8)的一端相连接，电网(8)的另一端、输出滤波电容的另一端和极性反转逆变桥(6)的负输出端相连接，其特征在于：还包括隔离变压器(2)辅助绕组和解耦电路(9)，其中解耦电路(9)包括解耦电感、解耦电容、两个解耦二极管和两个解耦开关管，第一解耦开关管的集电极、第一解耦二极管的阳极和直流电源(Vin)的正极相连接，第一解耦二极管的阴极和隔离变压器(2)原边绕组的同名端相连接，第一解耦开关管的发射极、第二解耦二极管的阴极和解耦电感的一端相连接，直流电源的负极、解耦电感的另一端、解耦电容的一端和隔离变压器(2)辅助绕组的同名端相连接，隔离变压器(2)辅助绕组的异名端和第二解耦开关管的集电极相连接，第二解耦开关管的发射极、解耦电容的另一端和第二解耦二极管的阳极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种零输入纹波逆变器，包括直流电源(Vin)、输入电容(1)、隔离变压器(2)、原边开关管(3)、截止二极管(4)、滤波电容(5)、极性反转逆变桥(6)、滤波电路(7)及电网(8)，其中直流电源(Vin)的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极分别接输入电容(1)的另一端和原边开关管(3)的发射极，原边开关管(3)的集电极接隔离变压器(2)的原边绕组异名端，极性反转逆变桥(6)包括两个晶闸管和两个开关管，第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阳极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输入端，第一开关管的发射极和第二开关管的发射极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输入端，第一晶闸管的阴极和第一开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的正输出端，第二晶闸管的阴极和第二开关管的集电极相连构成极性反转逆变桥(6)的负输出端，隔离变压器(2)副边绕组的非同名端和截止二极管(4)的阳极相连接，隔离变压器(2)副边绕组的同名端、滤波电容(5)的一端和极性反转逆变桥(6)的负输入端相连接，截止二极管(4)的阴极、滤波电容(5)的另一端和极性反转逆变桥(6)的正输入端相连接，输出滤波电路(7)包括一个输出滤波电感和一个输出滤波电容，输出滤波电感的一端、输出滤波电容的一端和极性反转逆变桥(6)的正输出端相连接，输出滤波电感的另一端和电网(8)的一端相连接，电网(8)的另一端、输出滤波电容的另一端和极性反转逆变桥(6)的负输出端相连接，其特征在于：还包括隔离变压器(2)辅助绕组和解耦电路(9)，其中解耦电路(9)包括解耦电感、解耦电容、两个解耦二极管和两个解耦开关管，第一解耦开关管的集电极、第一解耦二极管的阳极和直流电源(Vin)的正极相连接，第一解耦二极管的阴极和隔离变压器(2)原边绕组的同名端相连接，第一解耦开关管的发射极、第二解耦二极管的阴极和解耦电感的一端相连接，直流电源的负极、解耦电感的另一端、解耦电容的一端和隔离变压器(2)辅助绕组的同名端相连接，隔离变压器(2)辅助绕组的异名端和第二解耦开关管的集电极相连接，第二解耦开关管的发射极、解耦电容的另一端和第二解耦二极管的阳极相连接。2.如权利要求1所述的零输入纹波逆变器，其特征在于，该逆变器的控制方法包括以下步骤：步骤A...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，袁涛，李梦南，许亚明，
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