一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器制造技术

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，特别是一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，包括依次级联的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器，所述储能电感两端并联有源缓冲电路，所述有源缓冲电路包括一个缓冲电容、两个二极管和两个全控型功率开关，所述单相逆变桥主要由四个全控型功率开关构成。该逆变器能够将不稳定、低幅值、劣质的直流电变换成稳定、高幅值、优质的单相输出正弦交流电，适用于升压、中小容量单相无源和并网逆变场合。

A single-stage single-phase current source inverter with energy storage inductor shunt active buffer circuit

【技术实现步骤摘要】
一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器。
技术介绍
逆变器是应用功率半导体器件将直流电变换成交流电的一种静止变流装置，供交流负载使用或与公共电网并网发电。由于石油、煤和天然气等化石能源（不可再生能源）日益紧张、环境污染严重、全球变暖、核能生产会产生核废料和污染环境等原因，能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源（绿色能源），具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点，开发和利用可再生能源越来越受到人们的重视，这对世界各国经济的持续发展具有相当重要的意义。太阳能、风能、氢能、潮汐能、地热能等可再生能源转化的直流电能通常是不稳定的，需要采用逆变器将其变换成交流电能供给负载使用或与公共电网并网发电。在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池、燃料电池、风力机等为主直流电源的逆变场合，逆变器具有广泛的应用前景。目前在中小容量的逆变场合，通常采用单级单相电压型（降压型）逆变器电路结构。这类逆变器正常工作时必须满足直流侧电压大于交流侧相电压的峰值，故存在一个明显的缺陷：当直流侧电压（如光伏电池输出能力）降低时，如阴雨天或夜晚，整个发电系统将停止运行，系统的利用率下降。对此，常采用如下两种方法来解决这—问题：（1）前级加Boost型直流变换器，从而构成两级功率变换的电路结构，增加了电路的复杂性、损耗和成本；（2）输出加单相工频变压器，从而大大增加了系统的体积、重量和成本，特别难以适应铜铁原材料价格急剧上涨的今天。因此，寻求一种具有单级电路结构的升压型单相逆变器已迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，该逆变器能够将不稳定、低幅值、劣质的直流电变换成稳定、高幅值、优质的单相输出正弦交流电。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，包括依次级联的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器，所述储能电感两端并联有源缓冲电路，所述有源缓冲电路包括一个缓冲电容、两个二极管和两个全控型功率开关，所述单相逆变桥主要由四个全控型功率开关构成。进一步地，所述有源缓冲电路的两个全控型功率开关为能够承受双向电压应力和单相电流应力的两象限功率开关。进一步地，所述有源缓冲电路的两个全控型功率开关为能够承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关。进一步地，所述有源缓冲电路包括第五功率开关S5、第六功率开关S6、第五二极管D5、第六二极管D6和缓冲电容Cb，所述第五功率开关S5的漏极、第五二极管D5的阴极均与缓冲电容Cb的一端相连，第六功率开关S6的源极、第六二极管D6的阳极均与缓冲电容Cb的另一端相连，第五功率开关S5的源极和第六二极管D6的阴极相连，第六功率开关S6的漏极和第五二极管D5的阳极相连。进一步地，所述储能电感L的一端与所述第五功率开关S5的源极、第六二极管D6的阴极相连，所述储能电感L的另一端与所述第六功率开关S6的漏极、第五二极管D5的阳极相连。本专利技术将“由单相逆变桥和单相LC滤波器依序级联构成的传统单级单相电压型（降压型）逆变器电路结构”改为“由两端并联有源缓冲电路的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器依序级联构成的单级单相电流型（升压型）电路结构”，首次提出了储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型（升压型）逆变器的新概念与电路结构，即由输入电压源Ui、储能电感L与逆变桥的第一功率开关S1和第三功率开关S3（或第二功率开关S2和第四功率开关S4）构成充磁回路；由输入电压源Ui、储能电感L、逆变桥的第一功率开关S1和第四功率开关S4（或第二功率开关S2和第三功率开关S3）、输出滤波器以及负载构成馈能回路；由储能电感L、第五二极管D5、第六二极管D6和缓冲电容Cb构成缓冲电容充电回路；由储能电感L、第五功率开关S5、第六功率开关S6和缓冲电容Cb构成缓冲电容放电回路。通过充磁回路和馈能回路实现逆变器升压阶段的电压变换；通过充电回路和馈能回路实现逆变器降压阶段的电压变换；通过放电回路和馈能回路实现逆变器电压变换和缓冲电容多余能量释放。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：能够将不稳定、低幅值、劣质的直流电变换成稳定、高幅值、优质的单相输出正弦交流电，具有单级升压功率变换、功率密度高、变换效率高、输出波形失真度低、过载和短路时可靠性高、系统寿命长、成本低等优点，适用于升压、中小容量单相无源和并网逆变场合，特别适用于光伏、风力发电系统全程光能、风能利用和最大功率点跟踪控制。随着双向可阻断IGBT等新型器件的出现，这种逆变器不再必需串联二极管，解决了串联二极管的损耗问题，更加显示出其独特优势，具有很强的实用性和广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例的电路结构。图2是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器处于储能电感充磁模态的等效电路。图3是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器处于缓冲电容放电模态的等效电路。图4是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器处于缓冲电容充电模态的等效电路。图5是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器处于逆变桥正半周馈能模态的等效电路。图6是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器处于逆变桥负半周馈能模态的等效电路。图7是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波的电路拓扑。图8是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器二阶CL滤波的电路拓扑。图9是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器离网逆变时的输出电压反馈控制策略。图10是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器离网逆变时的原理波形。图11是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波时储能电感充磁模态的开关等效电路。图12是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波时缓冲电容放电模态的开关等效电路。图13是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波时缓冲电容充电模态的开关等效电路。图14是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波时逆变桥正半周馈能模态的开关等效电路。图15是本专利技术实施例的单级单相电流型逆变器一阶C滤波时逆变桥负半周馈能模态的开关等效电路。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提供了一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，包括依次级联的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器，所述储能电感两端并联有源缓冲电路，所述有源缓冲电路包括一个缓冲电容、两个二极管和两个全控型功率开关，所述单相逆变桥主要由四个全控型功率开关构成。其中，所述有源缓冲电路的两个全控型功率开关可以为能够承受双向电压应力和单相电流应力的两象限功率开关，也可以为能够承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关。在本实施例中，所述有源缓冲电路包括第五功率开关S5、第六功率开关S6、第五二极管D5、第六二极管D6和缓冲电容Cb，所述第五功率开关S5的漏极、第五二极管D5的阴极均与缓冲电容Cb的一端相连，第六功率开关S6的源极、第六二极管D6的阳极均与缓冲电容Cb的另一端相连，第五功率开关S5的源极和第六二极管D6的阴极相连，第六功率开关S6的漏极和第五二极管D5的阳极相连。所述储能电感L的一端与所述第五功率开关S5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，其特征在于，包括依次级联的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器，所述储能电感两端并联有源缓冲电路，所述有源缓冲电路包括一个缓冲电容、两个二极管和两个全控型功率开关，所述单相逆变桥主要由四个全控型功率开关构成。

【技术特征摘要】
1.一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，其特征在于，包括依次级联的储能电感、单相逆变桥和输出滤波器，所述储能电感两端并联有源缓冲电路，所述有源缓冲电路包括一个缓冲电容、两个二极管和两个全控型功率开关，所述单相逆变桥主要由四个全控型功率开关构成。2.根据权利要求1所述的一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，其特征在于，所述有源缓冲电路的两个全控型功率开关为能够承受双向电压应力和单相电流应力的两象限功率开关。3.根据权利要求1所述的一种储能电感并联有源缓冲电路的单级单相电流型逆变器，其特征在于，所述有源缓冲电路的两个全控型功率开关为能够承受单向电压应力和双向电流应力的两象限功率开关。4.根据权利要求1所述的一种储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦文，蔡高超，吴立华，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35