一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器。该逆变器主电路拓扑包括直流电源、输入电容、原边开关管、辅助开关管、辅助二极管、辅助电容、隔离变压器、副边二极管、副边开关管、滤波电路及电网。本发明专利技术在反激变换器中设有一个由隔离变压器辅助绕组、辅助开关管、辅助二极管和辅助电容构成的有源纹波抑制电路，将并网侧引起的功率脉动转移到辅助电容上，使输入功率保持平缓，避免了使用电解电容，延长了微型光伏并网逆变器的使用寿命，提高了系统可靠性。

A photovoltaic grid connected inverter based on flyback circuit and active ripple suppression

The invention discloses a miniature photovoltaic grid connected inverter based on flyback circuit and active ripple suppression. The main circuit topology of the inverter includes DC power supply, input capacitance, original side switch tube, auxiliary switch tube, auxiliary diode, auxiliary capacitor, isolation transformer, secondary diode, secondary side switch tube, filter circuit and power grid. In the flyback converter, an active ripple suppression circuit, consisting of an auxiliary transformer auxiliary winding, auxiliary switch tube, auxiliary diode and auxiliary capacitor, is provided. The power pulsation caused by the grid side is transferred to the auxiliary capacitor, the input power is kept flat, the electrolytic capacitor is avoided and the micro light is prolonged. The service life of the grid connected inverter improves the reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器
本专利技术涉及一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，属于隔离、微型、并网逆变器，其基于反激电路实现并网逆变，同时利用增加的有源纹波抑制电路来实现直流输入侧二次纹波电流的抑制。
技术介绍
由于化石等不可再生能源的大量使用，引起了全球能源危机以及严重的环境污染问题，太阳能、风能等新能源具有清洁、可持续等一系列优点，成为当前人们关注的热点之一，促使了光伏产业的快速发展。众所周知，为了使得光伏电池板输出最大功率，需采用最大功率跟踪技术，也就意味着并网逆变器输入功率必须恒定，而并网逆变器输出功率包含两倍电网频率的功率脉动，若不解耦该功率脉动，该功率脉动必定传递到输入侧，进而影响光伏板最大功率跟踪，降低光伏发电系统效率。因此解决光伏发电系统中逆变器输入电流中二次纹波电流问题，具有十分重要的意义。在光伏发电系统的直流侧并联大容量的电解电容来滤除二次纹波电流是最简单的方式，而电解电容存在着体积大、可靠性低等问题，不仅影响系统的功率密度，维护成本也比较高。在电路中并联谐振频率为两倍电网频率的LC谐振电路，也能够滤除二次电流纹波，同时减小了电容值，但是该方法所需的电感值和电容值仍然较大，一定程度上影响系统功率密度。总而言之，采用无源器件来抑制逆变器输入电流中二次纹波量的方法，存在着体积大、可靠性低等问题。为此提出一些新的拓扑方案和控制策略等，达到输入侧二次纹波电流的抑制，并且系统中的电容均可采用容值小、寿命长、可靠性高的电容，例如薄膜电容等，具有十分重要的现实意义。
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基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，既实现了电能变换，又抑制了直流侧输入电流中的二次纹波分量。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，包括直流电源、输入电容、原边开关管、隔离变压器、副边二极管、副边开关管、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、输入电容的另一端和原边开关管的发射极相连接，原边开关管的集电极接隔离变压器原边绕组的同名端，隔离变压器副边包括两个绕组，副边二极管包括两个二极管，副边开关管包括两个开关管，滤波电路包括一个滤波电容和一个滤波电感，第一副边绕组的同名端接第一副边二极管的阳极，第一副边二极管的阴极接第一副边开关管的集电极，第二副边绕组的异名端接第二副边二极管的阴极，第二副边二极管的阳极接第二副边开关管的发射极，第一副边绕组的异名端、第二副边绕组的同名端、输出滤波电容的一端及电网的一端相连接，输出滤波电容的另一端、第一副边开关管的发射极、第二副边开关管的集电极及输出滤波电感的一端相连接，输出滤波电感的另一端接电网的另一端；其特征在于：还包括由辅助开关管、辅助电容、辅助二极管和隔离变压器辅助绕组构成的有源纹波抑制电路；其中辅助二极管包括两个二极管，直流电源的正极、第一辅助二极管的阳极和辅助开关管的集电极相连接，辅助开关管的发射极、辅助电容的一端和第二辅助二极管的阳极相连接，第二辅助二极管的阴极和隔离变压器辅助绕组的异名端相连接，隔离变压器辅助绕组的同名端、隔离变压器原边绕组的异名端、辅助电容的另一端和第一辅助二极管的阴极相连接。有益效果：本专利技术披露了一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，其抑制了输入电流中二次纹波分量，大大延长了系统使用寿命。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，在传统基于反激电路的并网逆变器基础上加入有源纹波抑制电路来吸收功率脉动，保证了输入功率为一直流量，避免了使用电解电容。附图说明附图1是本专利技术的一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器主电路图。附图2是本专利技术的一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器进一步等效电路图。附图3是本专利技术的一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器主要工作波形示意图。附图4～附图9是本专利技术的一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器的各开关模态示意图。附图10是本专利技术应用于110V/50Hz交流电网的输入电流、辅助电容电压及并网电流的仿真波形。上述附图中的主要符号名称：Vi、电源电压。Ci、输入电容。Sp、原边开关管。Ds1、Ds2、均为副边二极管。Ss1、Ss2、均为副边开关管。Sx、为辅助开关管。Dx1、Dx2、均为辅助二极管。Cx、辅助电容。T、隔离变压器。Np、隔离变压器原边绕组。Nx、隔离变压器辅助绕组。Ns1、Ns2、均为隔离变压器副边绕组。Lm、隔离变压器激磁电感。Lf、输出滤波电感。Cf、输出滤波电容。vx、辅助电容电压。vgrid、电网电压。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明：附图1是一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器主电路。由直流电源Vi、输入电容1、原边开关管2、隔离变压器3、副边二极管4、副边开关管5、滤波电路6、辅助开关管7、辅助电容8、辅助二极管9及电网组成。Sp是原边开关管，Ci是输入电容，Sx是辅助开关管，Dx1、Dx2是辅助二极管，Cx是辅助电容，T是隔离变压器，Ds1、Ds2是副边二极管，Ss1、Ss2是副边开关管，Lf是输出滤波电感，Cf是输出滤波电容。由于隔离变压器类似于一个具有特定激磁电感的理想变压器，为了便于分析，可将附图1等效为附图2所示的电路。下面以附图2所示的等效后的主电路结构，结合附图3～附图9叙述本专利技术的具体工作原理。由于直流电源提供的输入功率为一直流量，而输出功率含有两倍电网频率的脉动量，根据输入功率Pi与瞬时输出功率po的大小把电路的工作模式分为两种，当Pi＞po时，电路工作于模式1状态，否则电路工作于模式2状态。由附图3可知逆变器工作于模式1或者模式2时，一个开关周期Ts均有4种开关模态，模式1时：[t10-t11]、[t11-t12]、[t12-t13]、[t13-t14]，模式2时：[t20-t21]、[t21-t22]、[t22-t23]、[t23-t24]。下面以电网电压处于正半周期时为例，对各开关模态的工作情况进行具体分析；当电网电压处于负半周期时，其工作情况与正半周期时类似，不再赘述。在分析之前，先作如下假设：①所有功率器件均为理想的；②隔离变压器各绕组匝比为：Np∶Nx∶Ns1∶Ns2＝1∶1∶n∶n。模式1下时，具体工作情况：1.开关模态1[t10-t11][对应于附图4]t10时刻，开通原边开关管Sp，变压器激磁电感Lm承受直流电源电压，原边电流ip从零开始线性上升。t11时刻，电流ip到达参考值I1_ref，关断开关管Sp，该模态结束。2.开关模态2[t11-t12][对应于附图5]t11时刻，开关管Sp关断，此时隔离变压器辅助绕组Nx、辅助二极管Dx2及辅助电容Cx构成激磁电感电流流通回路，变压器激磁电感承受辅助电容反向电压，由于逆变器的开关频率高，在一个开关周期内辅助电容电压可看作为定值，电流ix线性下降，当其下降到电流参考值ip_ref时，副边开关管开通，此时变压器激磁电感中储存的能量等于并网所需的瞬时能量。电流参考值ip_ref可表示为其中，ω为电网电压角频率，Ts为开关周期，Ii为输入电流。3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，包括直流电源、输入电容(1)、原边开关管(2)、隔离变压器(3)、副边二极管(4)、副边开关管(5)、滤波电路(6)及电网；其中直流电源的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极、输入电容(1)的另一端和原边开关管(2)的发射极相连接，原边开关管(2)的集电极接隔离变压器(3)原边绕组的同名端，隔离变压器(3)副边包括两个绕组，副边二极管(4)包括两个二极管，副边开关管(5)包括两个开关管，滤波电路(6)包括一个滤波电容和一个滤波电感，第一副边绕组的同名端接第一副边二极管的阳极，第一副边二极管的阴极接第一副边开关管的集电极，第二副边绕组的异名端接第二副边二极管的阴极，第二副边二极管的阳极接第二副边开关管的发射极，第一副边绕组的异名端、第二副边绕组的同名端、输出滤波电容的一端及电网(6)的一端相连接，输出滤波电容的另一端、第一副边开关管的发射极、第二副边开关管的集电极及输出滤波电感的一端相连接，输出滤波电感的另一端接电网(6)的另一端；其特征在于：还包括由辅助开关管(7)、辅助电容(8)、辅助二极管(9)和隔离变压器(3)辅助绕组构成的有源纹波抑制电路；其中辅助二极管(9)包括两个二极管，直流电源的正极、第一辅助二极管的阳极和辅助开关管(7)的集电极相连接，辅助开关管(7)的发射极、辅助电容(8)的一端和第二辅助二极管的阳极相连接，第二辅助二极管的阴极和隔离变压器(3)辅助绕组的异名端相连接，隔离变压器(3)辅助绕组的同名端、隔离变压器(3)原边绕组的异名端、辅助电容(8)的另一端和第一辅助二极管的阴极相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反激电路和有源纹波抑制的微型光伏并网逆变器，包括直流电源、输入电容(1)、原边开关管(2)、隔离变压器(3)、副边二极管(4)、副边开关管(5)、滤波电路(6)及电网；其中直流电源的正极接输入电容(1)的一端，直流电源的负极、输入电容(1)的另一端和原边开关管(2)的发射极相连接，原边开关管(2)的集电极接隔离变压器(3)原边绕组的同名端，隔离变压器(3)副边包括两个绕组，副边二极管(4)包括两个二极管，副边开关管(5)包括两个开关管，滤波电路(6)包括一个滤波电容和一个滤波电感，第一副边绕组的同名端接第一副边二极管的阳极，第一副边二极管的阴极接第一副边开关管的集电极，第二副边绕组的异名端接第二副边二极管的阴极，第二副边二极管的阳极接第二副边开关管的发射极，第一副边绕组的异...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，李梦南，袁涛，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