高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器技术

本发明专利技术提供了一种高增益单相逆变器，包括直流电源、第一开关管、第一双向开关、第二双向开关、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容。上述高增益单相逆变器，当想要达到的增益<1时，工作在第一工作模式，此时即为Semi‑Z源逆变器工作在降压模式，当增益>1时，此时Semi‑Z源逆变器无法满足工作条件，切换到第二工作模式，由升压电路来继续工作，从而实现高增益。本发明专利技术还提供了一种高增益单相逆变器的控制方法和一种三相逆变器。

【技术实现步骤摘要】
高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器
本专利技术涉及逆变器
，特别涉及一种高增益单相逆变器、控制方法及三相逆变器。
技术介绍
逆变器分为电压源逆变器与电流源逆变器，而传统的电压源逆变器大多数是降压电路，也就是输出交流电压要低于输入直流电压。所以，目前很多应用是在逆变电路前加一级升压电路（如Boost电路），那这样逆变器就成为了两级结构，会增加体积以及降低系统稳定性，因此研究单级高增益的逆变器是至关重要的，因此有学者提出了Z源逆变器，它是由两个电感和两个电容构成的阻抗网络，能够实现升压的功能，因此得到了广泛研究。针对非隔离型逆变系统出现的漏电流问题，主要有两种思路来解决这个问题，一种思路是通过拓扑和调制，国内外学者提出了许多改进的拓扑结构，主要可以分为单电感结构和对称电感结构，其中对称电感结构又可以分为直流侧旁路和交流侧旁路两种结构，较为典型的结构有H5、H6、改进型H6、混合H6和HERIC等拓扑结构。虽然这些改进型拓扑和控制在一定程度上减小了漏电流，但是也只能是抑制，不能从根源解决漏电流问题。另外一种思路是运用输入输出共地的拓扑结构，漏电流的产生是因为光伏阵列与大地之间存在寄生电容，同时由于没有变压器的隔离作用，就会有电流经过寄生电容在电路中形成回路，从而产生漏电流，如果构造输入输出共地的拓扑，就能够将寄生电容旁路掉，从而从根源上解决漏电流问题。现有技术中，例如《Low-CostSemi-Z-sourceInverterforSingle-PhasePhotovoltaicSystems》提到了如下图1和图2的两种逆变器，一种命名为Semi-Z源逆变器（如图1所示），另一种命名为Semi-quasi-Z源逆变器（如图2所示），与传统的Z源逆变器相比，只用到了两个开关管，同时，保留了Z源的阻抗网络，但是没有利用Z源的直通状态，更多的是，实现了输入与输出的共地，彻底地解决了漏电流问题，但是，该电路存在了很大的缺点，那就是提出的两个拓扑的正向增益最大只能达到1，而负向增益可以达到无穷大，所以该逆变器最大只能做到1倍增益。现有技术中，如中国专利（申请）CN201810654075.X（高增益单相单级无变压器型光伏逆变器及其控制方法）以及CN201910693423.9（一种高增益三开关逆变器及控制方法）:在成本方面：上述两个专利（申请）都是应用大量的无源元件（用了7个电感和电容），开关器件和独立二极管在CN201810654075.X中为3个，CN201910693423.9中为5个，成本较大；在效率方面：上述两个专利（申请）拓扑及控制上，电流流通路径上通过太多的元件，势必增加元件损耗，且存在多组电感和电容的串并联回路，导致内部无功电流较大，增加器件的电流应力和进一步降低效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高增益单相逆变器，以解决现有的逆变器最大只能做到1倍增益的问题。本专利技术提供了一种高增益单相逆变器，包括直流电源、第一开关管、第一双向开关、第二双向开关、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容；所述第一开关管的第一端分别与所述直流电源的正极、所述第二电感的第一端连接；所述第一电容的第一端分别与所述第一开关管的第二端和所述第一电感的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一双向开关的第一端、所述第二双向开关的第一端连接、所述第二电感的第二端；所述第一双向开关的第二端与所述第二电容的第一端连接；所述直流电源的负极、所述第一电感的第二端、所述第二双向开关的第二端、所述第二电容的第二端连接在一起。上述高增益单相逆变器，先获取所述高增益单相逆变器的Msinωt（想要达到的增益的调制波），当想要达到的增益<1时，控制所述高增益单相逆变器工作在第一工作模式，此时即为Semi-Z源逆变器工作在降压模式，当想要达到的增益>1时，此时Semi-Z源逆变器无法满足工作条件，控制所述高增益单相逆变器切换到第二工作模式，由升压电路来继续工作，从而实现高增益；同时，由于无源器件较少（只有三个无源器件），成本较低；另外，由于通过开关器件交替工作，实现了总体效率的明显提升。进一步地，所述的高增益单相逆变器中，所述第一双向开关包括第二开关管和第四开关管，所述第二双向开关包括第三开关管和第五开关管。本专利技术还提供了一种高增益单相逆变器的控制方法，应用于上述的高增益单相逆变器，包括当想要达到的增益<1时，控制所述高增益单相逆变器工作在第一工作模式，所述高增益单相逆变器工作在降压模式，所述第一工作模式时，所述第三开关管和所述第五开关管保持关断，第四开关管保持开通，此时由第一开关管和第二开关管配合工作进行降压；所述第一工作模式包括第一工作状态和第二工作状态；所述第一工作状态时，所述第一开关管导通，所述第二开关管关断；所述第二工作状态时，所述第一开关管关断，所述第二开关管导通；当想要达到的增益>1时，所述高增益单相逆变器无法满足工作条件，切换所述高增益单相逆变器到第二工作模式，由升压电路来继续工作，以实现高增益，所述第二工作模式时，所述第二开关管和所述第五开关管保持开通，所述第一开关管保持关断，此时由所述第三开关管和所述第四开关管配合工作进行升压，所述第二工作模式包括第三工作状态和第四工作状态；所述第三工作状态时，所述第三开关管导通，所述第四开关管关断；所述第四工作状态时，所述第三开关管关断，所述第四开关管导通。本专利技术还提供了一种三相逆变器，包括三个上述的高增益单相逆变器，三个所述高增益单相逆变器并联，各个所述高增益单相逆变器的交流输出端并联后作为所述三相逆变器的三相交流输出端。附图说明图1为现有技术中命名为Semi-Z源逆变器的拓扑结构图；图2为现有技术中命名为Semi-quasi-Z源逆变器的拓扑结构图；图3-1为本专利技术提供的一种高增益单相逆变器的拓扑结构图；图3-2至图3-9为图3-1中高增益单相逆变器中的第一双向开关的不同结构示意图；图4为图3-1中的高增益单相逆变器的第一工作模式的拓扑结构图；图5为图4中的高增益单相逆变器的第一工作状态的拓扑结构图；图6为图4中的高增益单相逆变器的第二工作状态的拓扑结构图；图7为图3-1中的高增益单相逆变器的第二工作模式的拓扑结构图；图8为图7中的高增益单相逆变器的第三工作状态的拓扑结构图；图9为图7中的高增益单相逆变器的第四工作状态的拓扑结构图；图10为本专利技术第二实施例中的高增益单相逆变器的控制方法的调整策略图；图11为本专利技术第三实施例中的三相逆变器的拓扑结构图；主要电路符号说明：第一电感L1第五开关管S5第四开关管S4第二电感L2第一电容C负载R第一开关管S1第二电容Co输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益单相逆变器，其特征在于，包括直流电源、第一开关管、第一双向开关、第二双向开关、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容；/n所述第一开关管的第一端分别与所述直流电源的正极、所述第二电感的第一端连接；/n所述第一电容的第一端分别与所述第一开关管的第二端和所述第一电感的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一双向开关的第一端、所述第二双向开关的第一端、所述第二电感的第二端连接；/n所述第一双向开关的第二端与所述第二电容的第一端连接；/n所述直流电源的负极、所述第一电感的第二端、所述第二双向开关的第二端、所述第二电容的第二端连接在一起。/n

【技术特征摘要】
1.一种高增益单相逆变器，其特征在于，包括直流电源、第一开关管、第一双向开关、第二双向开关、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容；
所述第一开关管的第一端分别与所述直流电源的正极、所述第二电感的第一端连接；
所述第一电容的第一端分别与所述第一开关管的第二端和所述第一电感的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一双向开关的第一端、所述第二双向开关的第一端、所述第二电感的第二端连接；
所述第一双向开关的第二端与所述第二电容的第一端连接；
所述直流电源的负极、所述第一电感的第二端、所述第二双向开关的第二端、所述第二电容的第二端连接在一起。


2.根据权利要求1所述的高增益单相逆变器，其特征在于，所述第一双向开关包括第二开关管、第四开关管、第二二极管、第四二极管，所述第二开关管与所述第四二极管同向串联后形成第二支路，所述第四开关管和所述第二二极管同向串联后形成第一支路，所述第一支路的电流流出端接所述第二支路的电流流入端构成所述第一双向开关的第一端，所述第一支路的电流流入端接所述第二支路的电流流出端构成所述第一双向开关的第二端；所述第二双向开关包括第三开关管、第五开关管、第三二级极管、第五二极管，所述第三开关管与所述第五二极管同向串联后形成第四支路，所述第五开关管和所述第三二极管同向串联后形成第三支路，所述第三支路的电流流出端接所述第四支路的电流流入端构成第二双向开关的第一端，所述第三支路的电流流入端接所述第四支路的电流流出端构成第二双向开关的第二端。


3.根据权利要求2所述的高增益单相逆变器，其特征在于，所述第一支路中点与所述第二支路中点相连接，或者/且，所述第三支路中点与所述第四支路中点相连接。


4.根据权利要求1所述的高增益单相逆变器，其特征在于，所述第一双向开关或所述第二双向开关由一个开关管和四个二极管构成，其中两个二极管的阴极均与所述开关管的第一端连接，另两个二极管的阳极均与所述开关管的第二端连接，所述两个二极管的阳极分别与所述另两个二极管的阴极连接分别构成第一双向开关或第二双向开关的第一端和第二端。


5.根据权利要求2或3所述的高增益单相逆变器，其特征在于，所述第一开关管为IGBT及反并联于IGBT的二极管的组合、三极管及反并联于三极管的二极管的组合、MOSFET及反并联于MOSFET的二极管的组合、或MOSFET当中的任意一种；所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管以及所述第五开关管为IGBT、三极管、或MOSFET当中的任意一种。


6.根据权利要求2或3所述的高增益单相逆变...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴良材，汪洪亮，丁永强，
申请(专利权)人：深圳格瑞特新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44