基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。本发明专利技术相较于传统降压逆变系统，具有效率高、体积小、输入电压范围宽等优点，适用于大容量逆变场合。变场合。变场合。

【技术实现步骤摘要】
基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变换
，具体涉及一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及其方法。

技术介绍

[0002]降压型逆变系统在新能源发电领域得到广泛应用，传统单相全桥型Buck逆变系统存在全桥桥臂直通问题，需设置控制死区，且直流输入电压范围有限，不适用于需要较宽输入电压范围的应用场合。双Buck型逆变系统，虽然改进了传统单相全桥型Buck逆变系统桥臂直通的问题，相较于单相全桥Buck型逆变系统其输入电压范围也有所改善，但同时也引入了另一路的储能输出电感，造成系统重量、成本和体积增加的问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统及其方法，以解决上述问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。
[0005]进一步的，所述开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接；储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。
[0006]进一步的，所述单相高频组合调制开关由四个承受单相电压应力和双相电流应力的两象限功率开关构成。
[0007]进一步的，所述输出滤波电路由输出滤波电感L
f
、输出滤波电容C
f
依次级联构成。
[0008]一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制方法，包括以下步骤：基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统输出电压反馈信号u
o
与输出电压参考u
oref
进入输出电压PI外环，PI调节器输出信号u
e
再与前馈控制信号u
s1
进入比较器1后产生系统储能占空比D，最后经过组合逻辑电路产生各开关管驱动信号。当输入电压或是输出负载突变时，通过控制储能占空比实现输出电压u
o
的稳定。
[0009]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术相较于传统降压逆变系统，具有效率高、体积小、输入电压范围宽等优点，
适用于大容量逆变场合。
附图说明
[0010]图1是本专利技术系统结构示意图；图2是本专利技术一实施例中电路拓扑图；图3是本专利技术一实施例中系统的原理波形图图4是本专利技术一实施例中系统的充磁等效电路图。
[0011]图5是本专利技术一实施例中系统的去磁等效电路图；图6是本专利技术一实施例中系统的控制原理波形图；图7是本专利技术一实施例中基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制原理框图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0013]请参照图1，本专利技术提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。
[0014]参照图2，在本实施例中，优选的，开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接。储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。单相高频组合调制开关由四个承受单相电压应力和双相电流应力的两象限功率开关构成。输出滤波电路由输出滤波电感L
f
、输出滤波电容C
f
依次级联构成。
[0015]在本实施例中，还提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的控制方法，包括以下步骤：储能电感在一个高频开关周期T
s
内各充磁和去磁一次;设U
i1
为输入直流电压，u
oref
为输出参考电压;当时,以输出电压正半周为例，在一个高频开关周期内，充磁周期DT
s
对应开关管S
5 、S6、S
11
、S
14
导通，S
7 、S
12
、S
13
关断，储能电感L
f
储能，开关电容网络内储能电容直接向交流负载提供能量。去磁周期(1
‑ꢀ
D)T
s
， 对应开关管S
7 、S
11
、S
13
和S
14
导通，S
5 、S6、S
12
关断，储能电感L
f
释能，储能电感和滤波电容C
f
向负载提供能量。如图4、图5所示，为在一个高频开关周期内，所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的充磁等效电路图和去磁等效电路图。
[0016]设输出滤波电容C
f
两端电压在一个高频开关周期内不变化，由图4和图5等效电路可得,
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（1）
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（2）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）根据状态空间平均法，令，式（1）
×
D+式（2）
×
（1
‑
D），可得，基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统的输入输出电压关系为,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）由式（4）可看出基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，工作在CCM模式下时，相较于传统单相全桥Buck式型降压逆变系统，它的电压传输比变成原来的0.5倍，使其具有宽输入特性，又由于其利用开关电容网络进行降压，使系统重量体积减小。
[0017]在本实施例中，参考图7，提供一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统采用输出电压反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，包括输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载；所述输入直流源、开关电容网络、单相高频组合调制开关、输出滤波电路和负载依序级联。2.根据权利要求1所述的基于开关电容网络的宽输入降压逆变系统，其特征在于，所述开关电容网络包括两个储能电容C1、C2、三个高频斩波功率开关S5、S6和S7；所述高频斩波功率开关S7的一端与输入直流源的参考正极性端相连接，另一端与储能电容C1的参考正极性端及高频斩波功率开关S5的一端分别连接；所述高频斩波功率开关S5的另一端与储能电容C2的参考正极性端相连接；所述高频斩波功率开关S6的一端与储能电容C2的参考负极性端及输入直流电源的参考负极性端分别连接；所述高频斩波功率开关S6的另一端与储能电容C1的参考负极性端连接；储能电容C2的参考正极性端与单相高频组合调制开关的正母线端相连接，储能电容C1的参考负极性端与单相高频组合调制开关的负母线端相连接。3.根据权利要求1所述的基于开关电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：江鸿翔，黄海耀，曾剑红，兰太寿，徐心靖，赵国胜，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：