模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，该逆变器是将两个SEPIC变换器通过输入并联、输出反并联组合而成。每个CUK变换器输出半个正弦波，组合成一个完整的正弦波。双CUK升降压输出反并联组合型逆变器采用单极性调制，开关器件S1、S2、S3和S4全部采用全控器件。开关器件S1/S2控制正组变换器的导通关断，开关器件S3/S4控制反组变换器的导通关断。开关器件S2/S4用于选通正/反组变换器，开关器件S1/S3用于控制正/反组输出半个周期的正弦电压。该逆变器可实现升压和降压逆变，输入电压范围宽，对光伏电池电压变化有很好的适应性，且转换效率较高，系统简单，可模块化生产，成本低，可广泛应用于光伏并网发电系统。

【技术实现步骤摘要】
模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器
本专利技术涉及一种电能变换装置中的逆变器，具体涉及一种模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器。
技术介绍
近年来，为了应对能源危机和环境污染，太阳能、风能等新能源得到了广泛应用。新能源受气候、气象和环境等外界因素的影响较大，意味着其输出的电压变化范围较大，要求逆变器能够在宽输入电压范围内正常工作。为了解决上述问题，传统的太阳能光伏发电系统大多采用两级式并网光伏逆变器，该逆变器主要由前级高频隔离DC/DC变换器和后级网侧逆变器构成，在并网发电前将光伏阵列输出的电压升压，再接入网侧逆变器，但增加的升压变换电路，将导致系统结构复杂化，增加了整机的体积和重量，不利于提高系统的工作效率。单级式逆变器在太阳能光伏发电系统中得到了越来越广泛的应用，相比于两级式光伏并网逆变器，单级逆变器能够更好的降低系统的复杂性，节省成本，提高可靠性。申请号为201010201172的双CUK升降压输出并型逆变器，利用两个CUK变换器组成的一种既可以升压又可以降压的单级逆变器，在输入直流侧电压高于或低于输出交流电压峰-峰值时，此种逆变器仍能正常工作，具有较宽的输入电压范围；采用单周期控制方法，对输入侧电压的波动具有较强的抑制能力。但由于整个逆变器是一个整体，任何一个器件损坏，在更换时均需整体更换，维修复杂且成本较高；另外，由于第一CUK电路和第二CUK电路的输入电压值均为外接电源电压值的一半，一方面，导致输出电压恒定时，外接电源电压值偏高；另一方面，外接电源通过电容分压，容易造成直流电压均压不均匀，从而降低输出电压质量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，采用两个CUK变换器输出端反并联的连接方式，并应用半周控制策略，实现单级DC/AC逆变。半周控制的双CUK单级逆变器，工作电流仅通过单个CUK变换电路，流经的器件少，有利于提高变换效率。为解决上述问题，本专利技术采取的技术方案为：模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，包括输入并联电路单元、电路结构相同的CUK正组输出单元和CUK反组输出单元；输入并联电路单元包括电源和第一二极管，CUK正组输出单元和CUK反组输出单元，CUK电路的输入端均连接至电源；CUK正组输出单元/CUK反组输出单元中，电源正极与第一电感的一端连接，第一电感的另一端与电容和调制用功率开关的集电极连接，电容的另一端与第二功率二极管的阳极和第二电感的一端连接，第二电感的另一端通过选通用功率开关管与负载相连，调制用功率开关管的发射极和第二功率二极管的阴极连接，共同连接于第一功率二极管的阳极，第一功率二极管的阴极与电源的负极连接；CUK正组输出单元/CUK反组输出单元的输出由选通开关控制，其输出端接储能电容和负载电阻的并联连接点、CUK反组输出单元的输出端反接储能电容和负载电阻的并联连接点。CUK正组输出单元中的第一电感和第二电感可耦合于同一磁芯，CUK反组输出单元中的第一电感和第二电感亦可耦合于同一磁芯，两磁芯相互独立。通过耦合的方法使单个电感的容量和体积都可以减小，减少整体使用磁芯的数量。若采用常规的独立电感结构，体积较大，但器件更换灵活，可根据情况确定第一电感和第二电感所采用的形式。该逆变器输入电压为宽输入电压，电源的大小可低于或高于输出交流电压的峰值。该逆变器采用半周控制法，CUK正组输出单元中调制用功率开关管、选通用功率开关管控制CUK正组输出单元的导通关断，CUK反组输出单元中调制用功率开关管、选通用功率开关管控制CUK反组输出单元的导通关断，在正半周期和负半周期，CUK正组输出单元、CUK反组输出单元中的选通用功率开关管分别保持长通，分别选通CUK正组输出单元、CUK反组输出单元，调制用功率开关管的驱动信号均由SPWM调制产生，从而控制CUK正组输出单元和CUK反组输出单元分别输出正弦电压正半周和正弦电压负半周。本专利技术是利用两个CUK变换器组成的一种既可以升压又可以降压的单级逆变器，可实现单级升降压逆变输出，在低于或高于输出交流电压峰值的宽输入直流电压范围内均可正常工作；与其他的DC/DC变换电路相比，CUK变换器的输入侧和输出侧均有电感，易于保证输入侧和输出侧的电流连续，且其在DC/DC变换中的电路参数选取原则可以移植到本逆变器中，保证双CUK输出单元工作于断续导通模式，使电路正常工作；对光伏电池电压变化有很好的适应性，且转换效率较高，系统简单，成本低，可广泛应用于小功率光伏并网发电系统。本专利技术所提出的模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，包括三个独立单元：输入并联电路单元、CUK正组输出单元和CUK反组输出单元，其中，CUK正组输出单元和CUK反组输出单元电路结构完全相同，便于模块化生产，在某一部件损坏时可直接更换其所在模块，维修快捷方便，降低了使用成本，减小了维修时间。另外，本专利技术可大大提高逆变器最大输出电压。附图说明图1是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器的电路结构示意图；图2-7是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器的六个工作阶段模态示意图；图8是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器的功率开关管的驱动波形图；图9是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器的正组驱动信号S1、S2和输出电压VO波形图；图10是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器正组电感电流iL1、iL10和输出电压VO波形图；图11是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器控制方案；图12是本专利技术模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器光伏并网控制方案；上述附图中的主要符号名称：1.输入并联电路单元；2.CUK正组输出单元；3.CUK反组输出单元；C1～C2——CUK变换器电容，C——输出滤波电容。D1、D10、D2、D20——功率二极管，L1、L10、L2、L20——线性电感。S1～S4——功率开关管，E——逆变器输入电压即直流侧母线电压；R——负载阻抗。Vref——参考电压。iref——参考电流。Ip——并网电流幅值。Vgrid——并网电压。I0——并网电流实际值。Ipv——光伏模块电流。Vpv——光伏模块电压。具体实施方式如附图1所示，模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，包括输入并联电路单元1、电路结构相同的CUK正组输出单元2和CUK反组输出单元3；输入并联电路单元1包括电源E和第一功率二极管，CUK正组输出单元2和CUK反组输出单元3的输入端均连接至电源E；CUK正组输出单元2/CUK反组输出单元3中，第一功率二极管D1/D2的阴极接电源E的负极，阳极接调制用功率开关管S1/S3的发射极和第二功率二极管D10/D20的阴极，然后与负载的一端相连，调制用功率开关管S1/S3的集电极与第一电感L1/L2的一端和电容C1/C2的一端连接，第一电感L1/L2的另一端接电源E的正极，电容的另一端第二功率二极管D10/D20的阳极和第二电感L10/L20的一端，第二电感L10/L20的另一端接选通用功率开关管S2/S4的发射极，选通用功率开关管S2/S4的集电极与负载相连；CUK正组输出单元2的电压输出端接储能电容C和负载电阻R的并联连接点AB、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，其特征在于，包括输入并联电路单元(1)、电路结构相同的CUK正组输出单元(2)和CUK反组输出单元(3)；输入并联电路单元(1)包括电源(E)，CUK正组输出单元(2)和CUK反组输出单元(3)的输入端均连接至电源(E)；CUK正组输出单元(2)/CUK反组输出单元(3)中，第一电感(L1/L2)的一端与电源(E)的正极连接，另一端与调制用功率开关管(S1/S3)的集电极和电容(C1/C2)的一端，调制用功率开关管(S1/S3)的发射极与第一功率二极管(D1/D2)的阳极和第二功率二极管(D10/D20)的阴极连接，第一功率二极管(D1/D2)的阴极接电源(E)的负极，第二功率二极管(D10/D20)的阳极连接电容(C1/C2)的另一端和第二电感(L10/L20)的一端，第二电感(L10/L20)的另一端连接选通用功率开关管(S2/S4)的发射极；CUK正组输出单元(2)/CUK反组输出单元(3)的输出由选通用功率开关管(S2/S4)控制，CUK正组输出单元(2)的电压输出端接储能电容(C)和负载电阻(R)的并联连接点(AB)、CUK反组输出单元(3)的电压输出端反接储能电容(C)和负载电阻(R)的并联连接点(AB)。...

【技术特征摘要】
1.模块化双CUK升降压输出反并联组合型逆变器，其特征在于，包括输入并联电路单元(1)、电路结构相同的CUK正组输出单元(2)和CUK反组输出单元(3)；输入并联电路单元(1)包括电源(E)，CUK正组输出单元(2)和CUK反组输出单元(3)的输入端均连接至电源(E)；CUK正组输出单元(2)/CUK反组输出单元(3)中，第一电感(L1/L2)的一端与电源(E)的正极连接，另一端与调制用功率开关管(S1/S3)的集电极和电容(C1/C2)的一端，调制用功率开关管(S1/S3)的发射极与第一功率二极管(D1/D2)的阳极和第二功率二极管(D10/D20)的阴极连接，第一功率二极管(D1/D2)的阴极接电源(E)的负极，第二功率二极管(D10/D20)的阳极连接电容(C1/C2)的另一端和第二电感(L10/L20)的一端，第二电感(L10/L20)的另一端连接选通用功率开关管(S2/S4)的发射极；CUK正组输出单元(2)/CUK反组输出单元(3)的输出由选通用功率开关管(S2/S4)控制，CUK正组输出单元(2)的电压输出端接储能电容(C)和负载电阻(R)的并联连接点(AB)、CUK反组输出单元(3)的电压输出端反接储能电容(C)和负载电阻(R)的并联连接点(AB)。2.根据权利要求1所述的模块化双CUK...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，张胜涛，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37