一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置。包括依次相连的输入单元、逆变升降压调控单元、输出单元；所述逆变升降压调控单元包括功率缓冲电路及全桥逆变器。本发明专利技术将系统中的二次脉动功率由功率缓冲电路中的解耦电容Cs吸收，使得直流侧输入电流平均值恒定，避免了大容量输入滤波器的使用，提高系统功率密度和可靠性；此外，输入直流电源电压不再受其值小于输出交流并网电压幅值一半的限制，扩宽了变换器的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置
本专利技术属于逆变器供电
，涉及电路调制
，更具体地，涉及一种逆变装置。
技术介绍
单相并网逆变器广泛应用于光伏系统和燃料电池系统，以实现能量并网。但是，在进行功率变换时，并网侧二次脉动功率导致低频输入电流纹波，不但影响最大功率点的跟踪，还会减少电容、电池等元器件寿命。因此，处理好输入输出端瞬时功率的不平衡，消除二次脉动功率对系统的影响具有现实意义。无源解耦技术通过增加无源器件的容量来缓冲二次脉动功率，该方法具有简单、容易实施的优点，但是却大大增加了系统的成本、降低了系统的功率密度，并且不利于装置的模块化设计此外，大容量的电解电容的使用还会限制系统的寿命，降低系统可靠性。另一种可行的方法是有源解耦技术，它利用开关装置将二次脉动功率转移到额外的小电容来避免二次脉动功率的不利影响，不存在无源解耦技术功率密度低、电容值大等缺点，因而得到广泛的关注和研究。另一方面，现有文献报道的电流型逆变器，为保证正常运行，其直流输入电压的幅值需要小于并网电压幅值的一半，然而其限制了逆变器的应用范围。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述种种现有技术缺陷，本专利技术提供一种克服上述问题的一种逆变装置，该逆变装置具有二次脉动功率解耦能力和宽输入电压范围，且其可以避免大容量输入滤波器的使用，提高了系统功率密度和可靠性。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供了一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置，包括依次连接的输入单元、逆变升降压调控单元和输出单元；其特征在于：所述逆变升降压调控单元包括功率缓冲电路和全桥逆变器；所述功率缓冲电路包括解耦电容Cs、功率三极开关管S0、二极管D2和电感L；所述逆变升降压调控单元中，功率三极开关管S0的集电极与所述解耦电容Cs一端和输入单元的正直流母线相连，功率三极开关管S0的发射极与二极管D2的负极和电感L的一端相连；电感L的另一端与输入单元的负直流母线和所述全桥逆变器的两输入端的其中一端相连，所述解耦电容Cs另一端与二极管D2的正极和所述全桥逆变器的两输入端的另外一端相连。优选的，所述全桥逆变器包括功率三极开关管S1、S2、S3和S4，功率三极开关管S1和S3的集电极与所述解耦电容Cs的一端相连，功率三极开关管S2和S4的基极与电感L的一端相连，功率三极开关管S1的基极与功率三极开关管S2的集电极均和所述输出单元相连中电容Cg，所述功率三极开关管S4的集电极、功率三极开关管S3的基极均和所述输出单元的另一端相连。优选的，所述功率三极开关管S0-S4的具体类型是IGBT、双极型晶体管或者MOS管。优选的，所述解耦电容Cs为薄膜电容。优选的，所述输入单元中的直流电源为光伏板或燃料电池。优选的，所述输入单元中的直流电源电压Vin不再受并网电压幅值Vm的约束，能够大于或小于并网电压幅值Vm的一半。优选的，所述全桥逆变器工作于单位功率因数模式；在并网电压ug的正半周期，S1和S4一直关断，S2和S3受PWM波调制同时导通或关断；在并网电压ug的负半周期，S2和S3一直关断，S1和S4受PWM波调制同时导通或关断。优选的，所述输出单元包括电感Lg、电容Cg和交流输出电源ug；所述电感Lg的一端与所述功率三极开关管S1的基极和S2的集电极相连，所述电感Lg的另一端与所述交流输出电源ug的一端相连，所述交流输出电源ug的另一端与所述功率三极开关管S4的集电极和S3的发射极相连；所述电容Cg分别接于所述电感Lg和所述交流输出电源ug的两端。优选地，所述电流型并网逆变装置还包括采样调理电路、控制器和MOSFET驱动电路；所述采样调理电路用于采集输入电压值、所述功率缓冲电路中解耦电容Cs的电压值、电感L的电流值、直流单相电源的电压值、交流输出电源的电压值和所述输出单元中流过Lg的电流值，并进行模数转换处理。优选地，所述控制器用于基于处理后的所述电压值和电流值得到各功率三极开关管的动作信号，并将所述信号输送给所述MOSFET驱动电路；所述MOSFET驱动电路用于控制各个开关器件的导通与关断。(三)有益效果由上述技术方案可知，本专利技术具备如下有益效果：本专利技术将系统中的二次脉动功率由功率缓冲电路中的解耦电容Cs吸收，使得输出滤波容量大大减小；本专利技术的逆变装置将系统的功率密度和可靠性提高；解耦电容电压运行约束少，使得电压应力低，减少了系统成本。本专利技术的逆变装置兼具二次脉动功率解耦能力和提供宽输出电压范围的能力。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为电流型并网逆变装置的电路结构示意图；图2为电流型并网逆变装置的四种运行状态示意图(ug>0)；图3为电流型并网逆变装置的控制系统框图示意图；图4(a)-图4(e)为根据本专利技术电流型并网逆变装置输出电压为时的ug、idc、iac、uc、u1的实验波形图。附图标记说明：1、直流输入电源；2、输入单元；3、功率缓冲单元；4、全桥逆变器；5、输出单元；6、采样调理电路；7、控制器；8、MOSFET驱动电路。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本专利技术所提供的逆变装置包括依次相连的包括具有直流输入电源1的输入单元2、功率缓冲单元3、全桥逆变器4、输出单元5；所述功率缓冲电路包括解耦电容Cs、与所述解耦电容Cs并联的二极管D2、开关S0和电感L。其中，逆变装置是将直流转化为交流的装置，本专利技术的负载可以为交流负载，可以为整流器等。其中，直流输入电源的输出端连接到输入单元的二极管D1，输入单元的输出端连接到功率缓冲单元的输入端，功率缓冲单元的输出端连接到全桥逆变器的输入端，逆变器的输出端连接到输出单元的输入端，输入端末端为交流输出电源。其中，逆变升降压调控单元起着升降压、以及单位功率因数校正的调控功能。电能流经该逆变装置时，功率缓冲电路中的解耦电容吸收了系统中的二次脉动功率,使得直流侧输入电流平均值恒定，避免了大容量输入滤波器的使用。在一个优选的实施例中，功率缓冲电路还包括：开关器件S0和电感L以及升降压变换器；优选地，升降压变换器包括开关器件S0、电感L、二极管D2；所述S0的基极与所述解耦电容Cs一端相连，所述S0的集电极和所述二极管D2的负极均与所述电感L的一端相连，所述电感L的另一端与逆变单元相连。所述解耦电容Cs另一端与所述二极管D2的正极和逆变单元相连。即，功率缓冲电路包括1个开关器件(开关器件S0)，1个解耦电容Cs，1个电感L和1个二极管D2。开关器件S0的集电极与二极管D2的负极均与电感L的一端相连；电感L的另一端与逆变单元相连；解耦电容Cs另一端与二极管D2的正极和逆变单元相连。当开关器件S0开通时，解耦电容Cs放电，电感L充电，当开关器件S0关断时，解耦电容Cs充电，电感L放电。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置，包括依次连接的输入单元、逆变升降压调控单元和输出单元；其特征在于：所述逆变升降压调控单元包括功率缓冲电路和全桥逆变器；所述功率缓冲电路包括解耦电容Cs、功率三极开关管S0、二极管D2和电感L；所述逆变升降压调控单元中，功率三极开关管S0的集电极与所述解耦电容Cs一端和输入单元的正直流母线相连，功率三极开关管S0的发射极与二极管D2的负极和电感L的一端相连；电感L的另一端与输入单元的负直流母线和所述全桥逆变器的两输入端的其中一端相连，所述解耦电容Cs另一端与二极管D2的正极和所述全桥逆变器的两输入端的另外一端相连。

【技术特征摘要】
1.一种集成功率解耦和升降压功能的电流型并网逆变装置，包括依次连接的输入单元、逆变升降压调控单元和输出单元；其特征在于：所述逆变升降压调控单元包括功率缓冲电路和全桥逆变器；所述功率缓冲电路包括解耦电容Cs、功率三极开关管S0、二极管D2和电感L；所述逆变升降压调控单元中，功率三极开关管S0的集电极与所述解耦电容Cs一端和输入单元的正直流母线相连，功率三极开关管S0的发射极与二极管D2的负极和电感L的一端相连；电感L的另一端与输入单元的负直流母线和所述全桥逆变器的两输入端的其中一端相连，所述解耦电容Cs另一端与二极管D2的正极和所述全桥逆变器的两输入端的另外一端相连。2.根据权利要求1所述的电流型并网逆变装置，其特征在于，所述全桥逆变器包括功率三极开关管S1、S2、S3和S4，功率三极开关管S1和S3的集电极与所述解耦电容Cs的一端相连，功率三极开关管S2和S4的基极与电感L的一端相连，功率三极开关管S1的基极与功率三极开关管S2的集电极均和所述输出单元相连中电容Cg，所述功率三极开关管S4的集电极、功率三极开关管S3的基极均和所述输出单元的另一端相连。3.根据权利要求2所述的电流型并网逆变装置，其特征在于，所述功率三极开关管S0-S4的具体类型是IGBT、双极型晶体管或者MOS管。4.根据权利要求1所述电流型并网逆变装置，其特征在于，所述解耦电容Cs为薄膜电容。5.根据权利要求1所述电流型并网逆变装置，其特征在于，所述输入单元中的直流电源为光伏板或燃料电池。6.根据权利要求1所述的电流型并网逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永露，夏子晴，粟梅，孙尧，许国，但汉兵，熊文静，王辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43