一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构及控制方法，其特征在于，包括逆变结构，逆变结构包括直流母线电容C1和直流母线电容C2，开关管Q1～Q8，辅助开关S1，输出滤波电感L1和输出滤波电感L2，输出滤波电容C3和输出滤波电容C4；逆变变换结构还包含三条功率输出线，分别定义为U相功率线，N相功率线，V相功率线。本发明专利技术的逆变器无需接带中间抽头的变压器，即可兼容单相两线制和单相三线制的供电系统，从而减小逆变器体积和成本，提高效率。提高效率。提高效率。

【技术实现步骤摘要】
一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构及控制方法，属于电力电子变换


技术介绍

[0002]逆变器是一种将直流电变换成交流电的逆变装置。随着光伏产业不断发展，在家庭户用方面，逆变器由只具备并网功能逐渐发展为具备并离网功能于一体。逆变器的并网功能是指：逆变器将直流能量变换为交流能量，交流能量可以优先满足本地负载使用，多余能量送入电网，直流能量可以来自光伏电池板，也可以是蓄电池等。逆变器的离网功能是指：当电网故障时，逆变器进行离网输出，供给不连接电网的本地负载，直流能量可以来自光伏电池板，也可以是蓄电池。
[0003]就家庭供电系统来说，不同国家和地区电网架构是不同的，目前主要有单相两线制和单相三线制。单相两线制系统有一根火线，一根零线，火线对零线电压等级有220V、230V等，代表地区有欧洲、中国等地区。单相三线制系统有2根火线(本文称之为火线1和火线2)，一根零线。其中火线对零线电压有101V或120V，两根火线间电压等级有202V或240V。就单相三线制家庭供电系统的应用来说，一般小功率家用电器可接入火线与零线之间，优点是电压等级低，安全性高。大功率家用电器可接入两根火线之间，优点是电压等级提高，降低电器输入电流，带载能力强。单相三线制家庭供电系统代表地区有日本和北美，其中日本电压等级为101V/202V，北美电压等级为120V/240V。
[0004]目前技术来看，逆变器想要兼容这两种家庭供电系统，主流方案是在逆变器输出端配置带中间抽头的变压器，即逆变器只输出一种电压，当需要接单相三线制供电网络时，通过带中间抽头的变压器来分出两相电压；或者采用两套逆变电路，一套实现单相两线供电，另一套实现单相三线供电。这两种方案都会增加逆变器体积和重量，不利于降低系统成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：如何减少逆变器的体积和重量，降低系统成本。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，包括逆变结构包括两个直流母线电容C1与C2，八个开关管Q1至Q8，一个辅助开关S1，两个输出滤波电感L1与L2和两个输出滤波电容C3与C4；逆变变换结构还包含三条功率输出线，分别定义为U相功率线，N相功率线，V相功率线，三条功率输出线并联有三个结点分别为J1、J2、J3；U相功率线上串联有输出滤波电感L1、直流母线电容C1和开关管Q1；N相功率线上串联有辅助开关S1；V相功率线上串联有输出滤波电感L2、开关管Q8和直流母线电容C2，U相功率线与N相功率线在J2结点并联有开关管Q2和开关管Q3，在结点J3处并联有输出滤波电容C3；N相功率线与V相功率线在结点J2处并联有开关管Q6与开关管Q7，在结点J3处并联有输出滤波电容C4；U相功率线与V相功率线在结点J1和J2之间并联有
开关管Q5和开关管Q4。
[0007]优选的，所述的滤波电感L1的一端连接至输出滤波电容C3的一端，滤波电感L1的另一端连接至开关管Q2的发射极、开关管Q1的发射极、开关管Q4的集电极；所述滤波电感L2的一端连接至输出滤波电容C4的一端，滤波电感L2的另一端连接至开关管Q7的发射极、开关管Q5的发射极、开关管Q8的集电极；所述开关管Q3的集电极连接至开关管Q2的集电极，开关管Q3的发射极连接至结点J2；所述开关管Q7的集电极连接至开关管Q6的集电极，开关管Q6的发射极连接至结点J2；所述开关管Q5的集电极和开关管Q1的集电极一起连接至C1的正极端，所述Q8的发射极和Q4的发射极一起连接至C2的负极端；所述母线电容C1的负极与母线电容C2的正级相连，连接结点为J1；辅助开关S1一端连接至结点J1，另一端连接至结点J2。
[0008]优选的，当逆变变换结构输出接单相两线制家庭供电系统时，辅助开关S1断开，U相和V相功率线组成桥式逆变电路，进行功率输出，电网异常时，也可进行离网输出；当逆变变换结构输出接单相三线制家庭供电系统时，辅助开关S1闭合，U相功率线和N相功率线组成逆变单元一，V相功率线和N相功率线组成逆变单元二，控制单元分别控制逆变单元一和逆变单元二进行功率输出；当电网异常时，也可进行离网输出，使用该变换结构的逆变器无需接带中间抽头的变压器，即可兼容单相两线制和单相三线制的家庭供电系统，从而减小逆变器体积和成本，提高效率。
[0009]优选的，所述的辅助开关S1设置在结点J1与J2之间，当逆变变换结构接单相两线制时，S1断开，使得母线中点J1的高电压与开关管Q3、开关管Q6电气隔离，使得开关管Q3和开关管Q6具有更高可靠性和安全性。
[0010]优选的，直流母线C1和C2可以是铝电解电容，也可以是薄膜电容，或者两种电容混合使用；开关管Q1～Q8可以是门极可关断半导体开关管；辅助开关S1可以是继电器，也可以是集成体二极管的门极可关断半导体开关管，滤波电感L1/L2是功率电抗器；滤波电容C3和C4一般是薄膜电容。
[0011]一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0012]步骤一：配置U相功率线，N相功率线和V相功率线与供电系统的火线，零线的连接；
[0013]步骤二：配置辅助开关S1的通断；
[0014]步骤三：配置控制单元，控制开关管Q1～Q8的开关时序；
[0015]步骤四：配置U相功率线和V相功率线的输出电压，电流及相位。
[0016]优选的，所述的步骤一中，当变换器接单相两线制供电系统时，配置U相功率线和V相功率线与电网的火线和零线连接；当变换器接单相三线制供电系统时，配置U相功率线和V相功率线与火线连接，配置N相功率线与电网的零线连接。
[0017]优选的，所述的步骤二中辅助开关S1通断是根据步骤一的配置来实施，逆变器通过检测U,N,V相功率线电压，来判断逆变器接入的是单相两线制还是单相三线制家庭供电系统，当逆变器接入单相两线制时，辅助开关件S1断开；当逆变器接入单相三线制时，辅助开关件S1闭合。
[0018]优选的，所述的步骤三中的开关管Q1～Q8的开关时序根据步骤一和步骤二的配置来决定，当变换器接入单相两线制时，即辅助开关S1断开，此时由开关管Q1和开关管Q8，开
关管Q5和开关管Q4作为高频开关调制，开关管Q2、开关管Q3，开关管Q6、开关管Q7作为续流管，输出滤波电感L1、输出滤波电感L2，输出滤波电容C3、输出滤波电容C4作为输出滤波组成的逆变变换进行逆变变换工作；当变换器接入单相三线制时，即辅助开关件S1闭合，此时由开关管Q1、开关管Q4作为高频开关调制，开关管Q2、开关管Q3作为续流管，输出滤波电感L1、输出滤波电容C3作为输出滤波组成的单相逆变单元一；由开关管Q5、开关管Q8作为高频开关调制，开关管Q6、开关管Q7作为续流管，输出滤波电感L2、输出滤波电容C4作为输出滤波组成的单相逆变单元二，控制单元分别控制逆变单元一和逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，包括逆变结构包括两个直流母线电容C1与C2，八个开关管Q1至Q8，一个辅助开关S1，两个输出滤波电感L1与L2和两个输出滤波电容C3与C4；逆变变换结构还包含三条功率输出线，分别定义为U相功率线，N相功率线，V相功率线，三条功率输出线并联有三个结点分别为J1、J2、J3；U相功率线上串联有输出滤波电感L1、直流母线电容C1和开关管Q1；N相功率线上串联有辅助开关S1；V相功率线上串联有输出滤波电感L2、开关管Q8和直流母线电容C2，U相功率线与N相功率线在J2结点并联有开关管Q2和开关管Q3，在结点J3处并联有输出滤波电容C3；N相功率线与V相功率线在结点J2处并联有开关管Q6与开关管Q7，在结点J3处并联有输出滤波电容C4；U相功率线与V相功率线在结点J1和J2之间并联有开关管Q5和开关管Q4。2.如权利要求1所述的一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，N相功率线通过开关管Q3和开关管Q6的连接结点J2，辅助开关S1一端连接至直流母线电容中点即结点J1，另一端连接至结点J2。3.如权利要求1所述的一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，所述的输出滤波电容C3连接在U相功率线和N相功率线端口之间，所述输出滤波电容C4连接在N相相功率线和V相功率线端口之间，滤波电感L1的一端连接至输出滤波电容C3的一端，滤波电感L1的另一端连接至开关管Q2的发射极、开关管Q1的发射极、开关管Q4的集电极；所述滤波电感L2的一端连接至输出滤波电容C4的一端，滤波电感L2的另一端连接至开关管Q7的发射极、开关管Q5的发射极、开关管Q8的集电极；所述开关管Q3的集电极连接至开关管Q2的集电极，开关管Q3的发射极连接至结点J2；所述开关管Q7的集电极连接至开关管Q6的集电极，开关管Q6的发射极连接至结点J2；所述开关管Q5的集电极和开关管Q1的集电极一起连接至直流母线电容C1的正极端，所述Q8的发射极和Q4的发射极一起连接至直流母线电容C2的负极端；所述直流母线电容C1的负极与直流母线电容C2的正级相连，连接结点为J1；辅助开关S1一端连接至结点J1，另一端连接至结点J2，所述输出滤波电容C3连接在U相功率线和N相功率线端口之间，所述输出滤波电容C4连接在N相相功率线和V相功率线端口之间，输出滤波电容C3和输出滤波电容C4与N线功率线的交接点为结点J3。4.如权利要求1所述的一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，当逆变变换结构输出接单相两线制供电系统时，辅助开关S1断开，U相和V相功率线组成桥式逆变电路，进行功率输出；当逆变变换结构输出接单相三线制供电系统时，辅助开关S1闭合。5.如权利要求4所述的一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构，其特征在于，辅助开关S1闭合时，U相功率线和N相功率线组成逆变单元一，V相功率线和N相功率线组成逆变单元二，控制单元分别控制逆变单元一和逆变单元二进行功率输出。6.一种兼容单相两线和单相三线制的逆变结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学海，杨剑平，张玉林，
申请(专利权)人：上海正泰电源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：