两级式三电平双降压光伏并网逆变器、控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了两级式三电平双降压光伏并网逆变器、控制方法及系统，包括前级BOOST变换器和后级复合三电平双降压光伏并网逆变器，前级BOOST变换器包括光伏电池阵列PV、直流侧储能电感L

【技术实现步骤摘要】
两级式三电平双降压光伏并网逆变器、控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及逆变器
，具体涉及两级式三电平双降压光伏并网逆变器、控制方法及系统。

技术介绍

[0002]由于三电平逆变器可以减小输出电压的THD、减小输出滤波器的尺寸以及降低开关管的电压应力，所以在交流调速、UPS和光伏并网逆变器中，越来越多的开始应用三电平技术。现有技术一种复合式单相全桥中点箝位三电平并网逆变器电路如图1所示。该电路由1个三电平桥臂和1个两电平桥臂组合而成的，比起两个桥臂都采用三电平而言，其控制简单，容易实现，适合于中小功率场合的单相逆变器。然而，复合式单相全桥中点箝位三电平逆变器电路为桥式结构，同桥臂的开关管均存在桥臂直通的问题，需设置死区时间，而死区的引入会增加并网电流谐波含量，降低了逆变器的电能质量。此外，桥式逆变器开关管体二极管参与了续流，反向恢复损耗高，可靠性较低。
[0003]双降压式逆变器在同一桥臂的两开关管间引入了防止桥臂直通的滤波电感，具有无需设置死区时间，可靠性高，并网电流总谐波畸变小和并网电能质量高等优点。现有技术一种两电平全桥双降压式并网逆变器拓扑如图2所示。研究表明与半桥降压式并网逆变器相比，两电平全桥双降压式并网逆变器直流电压利用率是半桥双降压式并网逆变器的2倍，且开关管电压应力等于输入电压。然后图2逆变器的输出电压为两电平，存在输出电平少和开关管电压应力高的缺陷；此外双降压式并网逆变器为两个BUCK电路构成，要应用于高压环境，需要较高的直流输入电压，当太阳能电池输出电压较低时，难以实现逆变器的稳定并网。
[0004]总之，现有复合式三电平桥式逆变器需要设置死区时间、可靠性较低和两电平双降压式并网逆变器的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中复合式三电平桥式逆变器需要设置死区时间、可靠性较低和两电平双降压式并网逆变器的缺陷。本专利技术目的在于提供两级式三电平双降压光伏并网逆变器、控制方法及系统，解决以上现有复合式三电平桥式逆变器需要设置死区时间、可靠性较低和两电平双降压式并网逆变器的问题。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器，包括前级BOOST变换器和后级复合三电平双降压光伏并网逆变器，所述前级BOOST变换器连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器；
[0008]所述前级BOOST变换器包括光伏电池阵列PV、直流侧储能电感L
d
、功率开关管S7、功率二极管D7，所述光伏电池阵列PV作为光伏直流输入电压源V
in
，所述前级BOOST变换器的输出电压V
cc
作为后级复合三电平双降压光伏并网逆变器的直流电压源；
[0009]其中：所述直流侧储能电感L
d
的一端连接所述光伏电池阵列PV的正极，所述直流侧储能电感L
d
的另一端连接所述功率二极管D7的阳极，所述功率二极管D7的阴极连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器；所述功率开关管S7并联于光伏电池阵列PV两侧，且所述功率开关管S7的集电极连接所述直流侧储能电感L
d
与功率二极管D7阳极的公共端，所述功率开关管S7的发射极连接所述光伏电池阵列PV的负极；
[0010]所述后级复合三电平双降压光伏并网逆变器包括直流电压源Vcc，所述直流电压源Vcc为所述前级BOOST变换器的输出电压；还包括支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感L
a1
、滤波电感L
a2
、滤波电感L、滤波电容C
f
和电网电压源u
g
；
[0011]其中，所述支撑电容C1的一端与所述功率二极管D7的负极连接，所述支撑电容C1的另一端与所述支撑电容C2的一端连接，所述支撑电容C2的另一端与所述直流电压源Vcc的负极(即所述前级BOOST变换器的输出负极)连接；
[0012]所述功率开关管S1的集电极与所述功率二极管D7的阴极连接，所述功率开关管S1的发射极与所述功率二极管D1的阳极连接，所述功率二极管D1的阴极与所述滤波电感L
a1
的一端连接，所述滤波电感L
a1
的另一端与所述功率开关管S2的集电极连接，所述功率开关管S2的发射极与所述功率开关管S3的集电极连接，所述功率开关管S3的发射极与所述功率开关管S4的集电极连接，所述功率开关管S4的发射极与所述直流电压源Vcc的负极(即所述前级BOOST变换器的输出负极)连接；
[0013]所述功率二极管D6的阳极与所述功率二极管D1的阴极连接，所述功率二极管D6的阴极与所述功率开关管S1的集电极连接；所述功率二极管D5的阳极与所述功率开关管S3的发射极连接，所述功率二极管D5的阴极与所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述功率开关管S2的集电极连接；所述功率二极管D4与功率二极管D5的公共端连接所述支撑电容C1与支撑电容C2的公共端；
[0014]所述功率开关管S5的集电极与所述功率开关管S1的集电极连接，所述功率开关管S5的发射极与所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述滤波电感L
a2
的一端连接且均接地；所述滤波电感L
a2
的另一端与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率开关管S6的发射极与所述功率开关管S4的发射极连接；
[0015]所述滤波电感L的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电感L的另一端与所述电网电压源u
g
的一端连接，所述电网电压源u
g
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；
[0016]所述滤波电容C
f
的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电容C
f
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；
[0017]所述功率二极管D3的阳极与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率二极管D3的阴极与所述功率开关管S5的集电极连接。
[0018]第二方面，本专利技术还提供了一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器的控制方法，该控制方法包括：
[0019]通过锁相环电路PLL获取负载电压u
g
(即电网电压u
g
)的相位角θ，执行程序查询对应正弦表数据sinθ，计算并网电流i
g
的参考信号i
ref
，i
ref
＝I
ref
×
sin(wt+θ)；
[0020]进行并网电流i
g
与其参考信号i
ref
的比较，获得i
g<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器，其特征在于，包括前级BOOST变换器和后级复合三电平双降压光伏并网逆变器，所述前级BOOST变换器连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器；所述前级BOOST变换器包括光伏电池阵列PV、直流侧储能电感L
d
、功率开关管S7、功率二极管D7，所述光伏电池阵列PV作为光伏直流输入电压源V
in
，所述前级BOOST变换器的输出电压V
cc
作为后级复合三电平双降压光伏并网逆变器的直流电压源；其中：所述直流侧储能电感L
d
的一端连接所述光伏电池阵列PV的正极，所述直流侧储能电感L
d
的另一端连接所述功率二极管D7的阳极，所述功率二极管D7的阴极连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器；所述功率开关管S7并联于光伏电池阵列PV两侧，且所述功率开关管S7的集电极连接所述直流侧储能电感L
d
与功率二极管D7阳极的公共端，所述功率开关管S7的发射极连接所述光伏电池阵列PV的负极；所述后级复合三电平双降压光伏并网逆变器包括直流电压源Vcc，所述直流电压源Vcc为所述前级BOOST变换器的输出电压；还包括支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感L
a1
、滤波电感L
a2
、滤波电感L、滤波电容C
f
和电网电压源u
g
；其中，所述支撑电容C1的一端与所述功率二极管D7的负极连接，所述支撑电容C1的另一端与所述支撑电容C2的一端连接，所述支撑电容C2的另一端与所述直流电压源Vcc的负极连接；所述功率开关管S1的集电极与所述功率二极管D7的阴极连接，所述功率开关管S1的发射极与所述功率二极管D1的阳极连接，所述功率二极管D1的阴极与所述滤波电感L
a1
的一端连接，所述滤波电感L
a1
的另一端与所述功率开关管S2的集电极连接，所述功率开关管S2的发射极与所述功率开关管S3的集电极连接，所述功率开关管S3的发射极与所述功率开关管S4的集电极连接，所述功率开关管S4的发射极与所述直流电压源Vcc的负极连接；所述功率二极管D6的阳极与所述功率二极管D1的阴极连接，所述功率二极管D6的阴极与所述功率开关管S1的集电极连接；所述功率二极管D5的阳极与所述功率开关管S3的发射极连接，所述功率二极管D5的阴极与所述功率二极管D4的阳极连接，所述功率二极管D4的阴极与所述功率开关管S2的集电极连接；所述功率二极管D4与功率二极管D5的公共端连接所述支撑电容C1与支撑电容C2的公共端；所述功率开关管S5的集电极与所述功率开关管S1的集电极连接，所述功率开关管S5的发射极与所述功率二极管D2的阳极连接，所述功率二极管D2的阴极与所述滤波电感L
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的一端连接且均接地；所述滤波电感L
a2
的另一端与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率开关管S6的发射极与所述功率开关管S4的发射极连接；所述滤波电感L的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电感L的另一端与所述电网电压源u
g
的一端连接，所述电网电压源u
g
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；所述滤波电容C
f
的一端与所述功率开关管S2的发射极连接，所述滤波电容C
f
的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接；所述功率二极管D3的阳极与所述功率开关管S6的集电极连接，所述功率二极管D3的阴
极与所述功率开关管S5的集电极连接。2.如权利要求1所述的一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：通过锁相环电路PLL获取负载电压u
g
的相位角θ，计算并网电流i
g
的参考信号i
ref
，i
ref
＝I
ref
×
sin(wt+θ)；进行并网电流i
g
与其参考信号i
ref
的比较，获得i
g
与i
ref
比较后的偏差值；根据所述并网电流i
g
与其参考信号i
ref
的偏差值，通过PI调节器得到调制信号u
c
；以及采用单极性双载波SPWM调制方法将调制信号u
c
转换为所述逆变器中功率开关管的驱动信号，从而实现所述逆变器的工作模态控制，即实现负载电压u
g
与并网电流i
g
的同相位。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i
g
&gt;0，所述功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S6导通，所述功率开关管S3、功率开关管S4和功率开关管S5关断，则所述前级BOOST变换器的输出电压V
cc
、支撑电容C1和支撑电容C2形成正向充电回路，对支撑电容C1和支撑电容C2充电；所述功率开关管S1、功率二极管D1、滤波电感L
a1
、功率开关管S2、滤波电容C
f
、滤波电感L
a2
、功率开关管S6和支撑电容C1、支撑电容C2形成正向充电回路，对滤波电容C
f
充电，此时桥臂输出电流i
g
上升；同时，滤波电容C
f
对电网电压源u
g
供电；桥臂输出电压U
AG
＝V
cc
，功率开关管S3和功率开关管S4的电压应力为V
cc
/2。4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述逆变器的工作模态控制包括：当检测到桥臂输出电流i
g
&gt;0，所述功率开关管S...

【专利技术属性】
技术研发人员：代云中，刘健洋，代艳霞，陈琪，罗钟雨，陈启强，李泓廷，游元庆，鲁庆东，林虹宇，屈珣，彭宇峰，程健钊，曹竞，
申请(专利权)人：宜宾职业技术学院，
类型：发明
国别省市：