高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法，包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；其控制方法是通过本发明专利技术的调制保证同一时刻只有两个开关管导通，同时保证逆变器输出电压增益以及实现逆变过程。本发明专利技术的拓扑具有结构简单，开关器件少，同时输出电压高的特点。其控制方法开关信号生成电路结构简单，可采用模拟电路实现。

【技术实现步骤摘要】
高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法
本专利技术属于逆变器
，具体地涉及一种高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法。
技术介绍
无变压器型光伏逆变器具有体积小，成本低和效率高的特点，具有很大市场潜力和竞争力。但是，由于光伏电池板和大地间存在寄生电容，光伏逆变器高频开关动作将导致较大的漏电流，引发并网电流畸变、电磁干扰，还可能对人身安全构成威胁。因此漏电流抑制问题是光伏逆变器并网运行中的关键问题，具有重要研究意义。实际中采用传统光伏逆变器拓扑及其调制方法将导致较大漏电流，同时开关器件过多，而且输出交流电压一般比输入直流电压低，因此亟需新型单级逆变器拓扑及其控制方法解决漏电流问题。中国专利申请号为201210486581.5，名称为：一种光伏逆变器漏电流调节抑制方法及装置，提出一种光伏逆变器漏电流调节抑制方法及补偿装置，通过共模电压注入方式对光伏系统中的共模漏电流进行控制。将共模漏电流作为控制目标，实现闭环控制共模漏电流。但该方法需要额外装置，成本较高。中国专利申请号为201210594677.3，名称为：基于3D-SPWM的混合箝位式三电平三相四线制光伏系统，提出一种基于3D-SPWM混合箝位式三电平三相四线制光伏逆变器，采用多电平电路结构及控制方式有效降低系统漏电流，但该逆变器开关器件数量较多，且需要直流侧电容电压平衡控制，成本较高，实现较复杂。M.C.Cavalcanti等人2010年在IEEETransactionsonIndustrialElectronics发表文章Modulationtechniquestoeliminateleakagecurrentsintransformerlessthree-phasephotovoltaicsystems中针对传统三相逆变器拓扑提出改进型调制方法实现高频共模电压抑制，从而解决漏电流问题。虽然高频共模电压和漏电流得到抑制，但三相光伏逆变器输出电压矢量受到限制，实用性不足。此外，该调制方法采用空间矢量调制，实现较为复杂。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够有效抑制高频共模电压和漏电流，并且能够实现高增益电压输出的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法，具体技术方案如下：高增益单相单级无变压器型光伏逆变器包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述第一电感的输出端分别连接所述第二电容的第一端和所述第二开关管的集电极；所述第四电感的输出端分别与所述第一开关管的集电极和所述第三电容的第一端连接；所述第二电容的第二端分别连接所述第二电感的输出端和所述第三开关管的发射极；所述第三电容的第二端分别与第一电感的输入端、所述第一电容的第一端以及所述第三电感的输入端连接；所述第二开关管的发射极分别连接所述第二电感的输入端和所述第一电容的第二端；所述第三开关管的集电极分别连接所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端；直流电源的正端与第四电感Lf的输入端连接；所述直流电源的负端、所述第一开关管的发射极、所述第三电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接在同一导线上，所述导线接地。优选的，所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感Lf是相互耦合的。优选的，所述第一开关管的基极输入第一开关驱动信号；所述第二开关管的基极输入第二开关驱动信号；所述第三开关管的基极输入第三开关驱动信号。优选的，所述第一开关管的占空比为其中k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数；所述第二开关管的占空比为其中k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数，A为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的峰值电压增益，sinωt是输出正弦波形的表达式，t为时间，ω是角速度；所述第三开关管的占空比为D3＝2-D1-D2。优选的，所述高增益单相单级无变压器型光伏逆变器包括三种工作模式；当第一开关管驱动信号和第三开关管驱动信号是高电平，第二开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第一工作模式，第一工作模式时第一开关管和第三开关管导通，第二开关管关断；当第一开关管驱动信号和第二开关管驱动信号是高电平，第三开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第二工作模式，第二工作模式时第一开关管和第二开关管导通，第三开关管关断；当第二开关管驱动信号和第三开关管驱动信号是高电平，第一开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第三工作模式，第三工作模式时第二开关管和第三开关管导通，第一开关管关断。优选的，所述第一开关管，第二开关管以及第三开关管均为全控型器件。对高增益单相单级无变压器型光伏逆变器进行的控制方法包括以下步骤：步骤1：根据表示式获得第一开关管的占空比D1的值，其中k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数，获得的第一开关管的占空比D1的值为常数K，将第一开关管的占空比值K输入到第一PWM产生模块；步骤2：第一PWM产生模块将幅值为1且频率为1/T的锯齿波与常数K进行比较，其中T为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的开关周期，当常数K的值大于锯齿波的值时，输出高电平，当常数K的值小于锯齿波的值时，输出低电平，由此第一PWM产生模块生成占空比为K的第一开关管驱动信号；步骤3：将1减去第二开关管的占空比得到的差值信号输入到第二PWM产生模块，其中第二开关管的占空比k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数，A为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的峰值电压增益，sinωt是输出正弦波形的表达式，t为时间，ω是角速度；所述第二PWM产生模块将1减去第二开关管的占空比获得的差值信号与锯齿波进行比较，所述锯齿波与步骤2中的相同，当1减去第二开关管的占空比获得的差值信号的值大于锯齿波的值时，输出高电平，当1减去第二开关管的占空比获得的差值信号的值小于锯齿波的值时，输出低电平，所述第二PWM产生模块产生占空比为1减去第二开关管的占空比并且先高电平后低电平的驱动信号，对所述第二PWM产生模块产生的驱动信号取反即可得到先是低电平后是高电平的第二开关管驱动信号；步骤4：将第一开关管驱动信号与第二开关管驱动信号通过异或门即可得到第三开关管驱动信号；步骤5，将第一开关管驱动信号、第二开关管驱动信号和第三开关管驱动信号分别连接到第一开关管的基极、第二开关管的基极和第三开关管的基极；步骤6，所述高增益单相单级无变压器型光伏逆变器根据第一开关管驱动信号、第二开关管驱动信号和第三开关管驱动信号的控制在每个开关周期内依次经历第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；以及步骤7，重复步骤6获得目标交流电。优选的，步骤6具体包括：步骤61，当第一开关管驱动信号和第三开关管驱动信号是高电平，第二开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第一工作模式，第一工作模式时第一开关管和第三开关管导通，第二开关管关断；步骤62，当第一开关管驱动信号和第二开关管驱动信号是高电平，第三开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第二工作模式，第二工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：其包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述第一电感的输出端分别连接所述第二电容的第一端和所述第二开关管的集电极；所述第四电感的输出端分别与所述第一开关管的集电极和所述第三电容的第一端连接；所述第二电容的第二端分别连接所述第二电感的输出端和所述第三开关管的发射极；所述第三电容的第二端分别与第一电感的输入端、所述第一电容的第一端以及所述第三电感的输入端连接；所述第二开关管的发射极分别连接所述第二电感的输入端和所述第一电容的第二端；所述第三开关管的集电极分别连接所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端；直流电源的正端与第四电感的输入端连接；所述直流电源的负端、所述第一开关管的发射极、所述第三电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接在同一导线上，所述导线接地。

【技术特征摘要】
1.一种高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：其包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和负载电阻；所述第一电感的输出端分别连接所述第二电容的第一端和所述第二开关管的集电极；所述第四电感的输出端分别与所述第一开关管的集电极和所述第三电容的第一端连接；所述第二电容的第二端分别连接所述第二电感的输出端和所述第三开关管的发射极；所述第三电容的第二端分别与第一电感的输入端、所述第一电容的第一端以及所述第三电感的输入端连接；所述第二开关管的发射极分别连接所述第二电感的输入端和所述第一电容的第二端；所述第三开关管的集电极分别连接所述第四电容的第一端和所述负载电阻的第一端；直流电源的正端与第四电感的输入端连接；所述直流电源的负端、所述第一开关管的发射极、所述第三电感的输出端、所述第四电容的第二端和所述负载电阻的第二端连接在同一导线上，所述导线接地。2.根据权利要求1所述的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：所述第一电感、第二电感、第三电感和第四电感是相互耦合的。3.根据权利要求1所述的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：所述第一开关管的基极输入第一开关驱动信号；所述第二开关管的基极输入第二开关驱动信号；所述第三开关管的基极输入第三开关驱动信号。4.根据权利要求3所述的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：所述第一开关管的占空比为其中k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数；所述第二开关管的占空比为其中k为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的最大增益系数，A为高增益单相单级无变压器型光伏逆变器的峰值电压增益，sinωt是输出正弦波形的表达式，t为时间，ω是角速度；所述第三开关管的占空比为D3＝2-D1-D2。5.根据权利要求3所述的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：所述高增益单相单级无变压器型光伏逆变器包括三种工作模式；当第一开关管驱动信号和第三开关管驱动信号是高电平，第二开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第一工作模式，第一工作模式时第一开关管和第三开关管导通，第二开关管关断；当第一开关管驱动信号和第二开关管驱动信号是高电平，第三开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第二工作模式，第二工作模式时第一开关管和第二开关管导通，第三开关管关断；当第二开关管驱动信号和第三开关管驱动信号是高电平，第一开关管驱动信号是低电平时，高增益单相单级无变压器型光伏逆变器处于第三工作模式，第三工作模式时第二开关管和第三开关管导通，第一开关管关断。6.根据权利要求1所述的高增益单相单级无变压器型光伏逆变器，其特征在于：所述第一开关管，第二开关管以及第三开关管均为全控型器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝诚，唐伟，伞国成，郭小强，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13