一种解耦电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种解耦电路及方法，涉及太阳能光伏发电技术领域。该解耦电路包括：解耦电感一端与逆变器交流输出侧第一端连接，解耦电感另一端与第一开关管发射极连接，第一开关管集电极与第二开关管发射极连接，第二开关管集电极与第一解耦电容正极连接；第三开关管集电极与第一开关管集电极连接，第三开关管发射极与第二解耦电容负极连接；第四开关管集电极与第一开关管集电极连接，第四开关管发射极与第五开关管发射极连接，第一解耦电容负极、第二解耦电容正极和第五开关管集电极均与逆变器交流输出侧第二端连接。本发明专利技术的解耦电路为独立式解耦，且并联于逆变器的交流侧，仅使用了五个开关管，简化了二倍频功率解耦回路。

【技术实现步骤摘要】
一种解耦电路及方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电
，特别是涉及一种解耦电路及方法。
技术介绍
单相逆变器普遍运用于中小功率应用中，但是在交流侧产生的二次脉动功率会导致直流侧出现二次纹波，对于二次纹波的存在，特别是在光伏(Photovoltaic，PV)系统中会影响PV板的工作效率，降低最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)的效果。针对二次纹波解耦问题，学术界普遍提出两种方法，有源功率解耦方法和无源功率解耦方法，无源功率解耦方法主要是通过在光伏系统中增加无源器件，比如在直流侧加入大电解电容，大电解电容用于缓冲二次纹波能量，大电解电容提供的大容值确实十分有效，但是通常大的电解电容，会存在使用寿命较短的问题，影响到单相逆变器的平均使用寿命，在高温情况下单相逆变器的情况更加不理想，而且大的电解电容会导致整个光伏系统体积过大，成本也会相对较高，降低功率密度。对此人们探索了几种有源解耦的方法，一般有源解耦是将直流侧的脉动纹波转移到别的储能元件上，使得直流侧电压电流更加平稳，从而可以用长寿命的薄膜电容代替电解电容，该方法主要由新的拓扑解耦和控制算法构成，例如，将交流侧电压引入低频变压器并经整流后接入解耦电容，但整个系统复杂，损耗较大。因此现有单相逆变器的有源解耦电路存在解耦回路复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解耦电路及方法，解决了现有单相逆变器的有源解耦电路解耦回路复杂的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种解耦电路，包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；所述解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，所述解耦电感的另一端与所述第一开关管的发射极连接，所述第一开关管的集电极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二开关管的集电极与所述第一解耦电容的正极连接，所述第一解耦电容的负极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；所述第三开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第三开关管的发射极与所述第二解耦电容的负极连接，所述第二解耦电容的正极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；所述第四开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第四开关管的发射极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五开关管的集电极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接。可选的，所述解耦电路还包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；所述第一二极管的正极与所述第一开关管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的集电极连接；所述第二二极管的正极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二开关管的集电极连接；所述第三二极管的正极与所述第三开关管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三开关管的集电极连接；所述第四二极管的正极与所述第四开关管的发射极连接，所述第四二极管的负极与所述第四开关管的集电极连接；所述第五二极管的正极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五二极管的负极与所述第五开关管的集电极连接。可选的，所述解耦电路还包括：控制装置；所述控制装置分别与所述第一开关管的基极、所述第二开关管的基极、所述第三开关管的基极、所述第四开关管的基极和所述第五开关管的基极连接；所述控制装置用于根据所述逆变器的母线电压和解耦电感的解耦电感值，利用脉冲能量调制技术确定脉冲能量调制控制信号，并根据所述脉冲能量调制控制信号控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管和所述第五开关管的导通和关断。可选的，所述控制装置具体包括：获取模块，用于获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；功率耦合关系确定模块，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；脉冲能量调制控制信号确定模块，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；开关管状态确定模块，用于根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。可选的，所述功率耦合关系确定模块，具体包括：功率计算单元，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；功率耦合关系确定单元，用于将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。可选的，所述脉冲能量调制控制信号确定模块，具体包括：上升解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；下降解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；式中，UDC表示母线电压；Ld表示解耦电感值；d表示脉冲驱动开关的占空比；Ts表示开关周期；idref表示解耦电感峰值参考电流；Ud表示解耦电容电压；d’表示单个开关周期内解耦电感电流从峰值下降为0的时间比重；解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流和所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流，利用公式和能量守恒关系，得到所述解耦电路在每个工作模式下的解耦电感峰值参考电流；式中，Win表示单个开关周期内解耦电路吸收的能量；脉冲能量调制控制信号确定单元，用于根据每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流，通过公式确定每个所述工作模式对应的脉冲驱动开关的占空比；所述脉冲能量调制控制信号包括每个所述工作模式对应的解耦电感峰值参考电流和脉冲驱动开关的占空比。一种解耦方法，应用于上述的解耦电路，所述解耦方法包括：获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种解耦电路，其特征在于，包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；/n所述解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，所述解耦电感的另一端与所述第一开关管的发射极连接，所述第一开关管的集电极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二开关管的集电极与所述第一解耦电容的正极连接，所述第一解耦电容的负极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；/n所述第三开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第三开关管的发射极与所述第二解耦电容的负极连接，所述第二解耦电容的正极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；/n所述第四开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第四开关管的发射极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五开关管的集电极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种解耦电路，其特征在于，包括：解耦电感、第一开关管、第二开关管、第一解耦电容、第三开关管、第二解耦电容、第四开关管和第五开关管；
所述解耦电感的一端与光伏系统中逆变器的交流输出侧的第一端连接，所述解耦电感的另一端与所述第一开关管的发射极连接，所述第一开关管的集电极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二开关管的集电极与所述第一解耦电容的正极连接，所述第一解耦电容的负极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第三开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第三开关管的发射极与所述第二解耦电容的负极连接，所述第二解耦电容的正极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接；
所述第四开关管的集电极与所述第一开关管的集电极连接，所述第四开关管的发射极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五开关管的集电极与所述逆变器的交流输出侧的第二端连接。


2.根据权利要求1所述的解耦电路，其特征在于，所述解耦电路还包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管；
所述第一二极管的正极与所述第一开关管的发射极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关管的集电极连接；
所述第二二极管的正极与所述第二开关管的发射极连接，所述第二二极管的负极与所述第二开关管的集电极连接；
所述第三二极管的正极与所述第三开关管的发射极连接，所述第三二极管的负极与所述第三开关管的集电极连接；
所述第四二极管的正极与所述第四开关管的发射极连接，所述第四二极管的负极与所述第四开关管的集电极连接；
所述第五二极管的正极与所述第五开关管的发射极连接，所述第五二极管的负极与所述第五开关管的集电极连接。


3.根据权利要求2所述的解耦电路，其特征在于，所述解耦电路还包括：控制装置；
所述控制装置分别与所述第一开关管的基极、所述第二开关管的基极、所述第三开关管的基极、所述第四开关管的基极和所述第五开关管的基极连接；
所述控制装置用于根据所述逆变器的母线电压和解耦电感的解耦电感值，利用脉冲能量调制技术确定脉冲能量调制控制信号，并根据所述脉冲能量调制控制信号控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管和所述第五开关管的导通和关断。


4.根据权利要求3所述的解耦电路，其特征在于，所述控制装置具体包括：
获取模块，用于获取所述逆变器的交流侧输出电压幅值、交流侧输出电流幅值和母线电压，以及解耦电感的解耦电感值和解耦电容的解耦电容电压；所述解耦电容为第一解耦电容或第二解耦电容；
功率耦合关系确定模块，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，确定所述解耦电路的功率耦合关系；
脉冲能量调制控制信号确定模块，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，利用脉冲能量调制技术得到脉冲能量调制控制信号；
开关管状态确定模块，用于根据所述脉冲能量调制控制信号、所述逆变器的交流侧输出电压极性和解耦电容的运行状态，确定所述解耦电路中开关管的开关状态；所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管。


5.根据权利要求4所述的解耦电路，其特征在于，所述功率耦合关系确定模块，具体包括：
功率计算单元，用于利用所述交流侧输出电压幅值和所述交流侧输出电流幅值，分别通过下式得到所述逆变器的交流侧瞬时功率和直流侧输入恒定功率；






式中，Pac(t)表示t时刻逆变器的交流侧瞬时功率；Ug表示逆变器的交流侧输出电压幅值；Ig表示逆变器的交流侧输出电流幅值；ω表示基波角频率；t表示时间；PPV表示逆变器的直流侧输入恒定功率；
功率耦合关系确定单元，用于将所述交流侧瞬时功率与所述直流侧输入恒定功率进行比较，确定所述解耦电路的功率耦合关系；所述功率耦合关系包括：当所述交流侧瞬时功率大于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于释放能量过程，所述解耦电容处于降压状态；当所述交流侧瞬时功率小于所述直流侧输入恒定功率时，所述光伏系统处于吸收能量过程，所述解耦电容处于升压状态。


6.根据权利要求5所述的解耦电路，其特征在于，所述脉冲能量调制控制信号确定模块，具体包括：
上升解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值和所述功率耦合关系，通过公式得到所述解耦电感的解耦电感电流上升时对应的解耦电感峰值参考电流；
下降解耦电感峰值参考电流确定单元，用于根据所述母线电压、所述解耦电感值、所述解耦电容电压和所述功率耦合关系，通过公式得到所述解耦电感电流下降时对应的解耦电感峰值参考电流；
式...

【专利技术属性】
技术研发人员：章勇高，樊越，刘鹏，付伟东，迮思源，柴成凯，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36