【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光伏并网逆变器拓扑，涉及一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构及其控制方法。
技术介绍
1、近年来，光伏微型逆变器因其高度的安全性、可靠性和对太阳能的有效利用，在住宅光伏应用中受到越来越多的关注。与传统的组串式逆变器和集中式逆变器相比，微型逆变器系统中光伏板之间相互电气隔离，逆变器直流侧电压小于60v，无直流高压拉弧火灾风险。此外微型逆变器具备单独调节每个电池板的输出功率的能力，可以对整个光伏阵列更精细地执行最大功率点跟踪方案，提高太阳能利用率。
2、尽管微型逆变器有效解决了光伏板组件间功率失配引起的太阳能利用率下降的问题，但在户用光伏系统发电中，微型逆变器推广应用仍面临巨大挑战，这一挑战的一大来源是微型逆变器本身较低的功率转换效率和较高的成本；此外，由于光伏板输出电压低于60v，光伏微型逆变器拓扑需要具备高升压能力，以将低压直流输入转化为高压交流输出；由于一些国际标准对于安全规范和漏电流大小的限制，主流微型逆变器需具备高频隔离功能，但隔离型拓扑的高频变压器存在会进一步降低效率。目前，克服上述挑战的主要途径是通过优化电路拓扑和提高单台微型逆变器输出功率的方法，提高转化效率并降低单位成本。
3、有关微型逆变器拓扑的研究虽然早已广泛展开，但是仍面临着硬开关、电压应力大、功率密度低等问题。以目前业界广泛采用的单级式反激拓扑加工频全桥展开电路为例，其变压器磁芯是单向励磁，利用率较低，因此在适配更大功率光伏发电组件时，通常需要采用交错并联的方法，这增大了磁芯体积同时增加了开关器件数量。此外，由于反激式电路
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构及其控制方法，该结构及其控制方法能够实现所有开关器件的软开关，具有控制简单、系统效率高的特点，且电流动态性能满足并网需求。
2、为达到上述目的，本专利技术公开了一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，包括闭环控制系统、驱动电路、光伏板接口、第三滤波电感、电网接口、低压侧全桥电路、高频升压变压器、lcl型谐振腔、高压侧全桥电路、工频全桥翻转电路以及用于检测网侧的电压及电流信息的采样调理电路；
3、低压侧全桥电路与光伏板接口相连接，高频升压变压器的输入侧绕组与低压侧全桥电路的桥臂中点相连接，高频升压变压器的输出侧绕组与lcl型谐振腔的输入端口相连接，高压侧全桥电路的桥臂中点与lcl型谐振腔的输出端口相连接，高压侧全桥电路的母线与工频全桥翻转电路的母线相连接，工频全桥翻转电路经第三滤波电感与电网接口；
4、采样调理电路的输出端与闭环控制系统的输入端相连接，闭环控制系统的输出端经驱动电路与低压侧全桥电路的控制端、高压侧全桥电路的控制端及工频全桥翻转电路的控制端相连接。
5、低压侧全桥电路经第一滤波电容与光伏板接口相连接。
6、高压侧全桥电路的母线经第二滤波电容与工频全桥翻转电路的母线相连接。
7、lcl型谐振腔由第一谐振电感、第二谐振电感以及谐振电容组成；
8、低压侧全桥电路由第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管组成；
9、高压侧全桥电路由第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管组成；
10、工频全桥翻转电路由第九开关管、第十开关管、第十一开关管及第十二开关管组成。
11、所述闭环控制系统包含参考指令模块、环路补偿器及pwm发生模块，参考指令模块的输入端与采样调理电路的输出端相连接，参考指令模块的输出端与环路补偿器的输入端相连接，环路补偿器的输出端经pwm发生模块与驱动电路相连接，参考指令模块的输出端与驱动电路相连接。
12、本专利技术公开了一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，包括以下步骤：
13、采样调理电路检测网侧的电压及电流信息，
14、参考指令模块根据并网或离网需求的不同，分别选择锁相环输出或预置频率、相角参数作为参考相位，判断并给出工频全桥翻转电路的开关动作信号，再根据上层给定的功率参考，在并网/离网两种工作模式下分别给出具有正弦波形的网侧电流或输出电压给定值；
15、环路补偿器计算参考指令模块输出的给定值与采样调理电路输出的采样值之间的误差信号，再根据所述误差信号得到高压侧全桥电路的桥臂内移相角；
16、pwm发生模块根据预设低压侧全桥电路以及高压侧全桥电路的外移相角、开关频率和所述高压侧全桥电路的桥臂内移相角，输出低压侧全桥电路和高压侧全桥电路的开关动作信号。
17、低压侧全桥电路中第一开关管及第四开关管的驱动信号相同，低压侧全桥电路中第二开关管及第三开关管的驱动信号相同，第一开关管及第四开关管的驱动信号与第二开关管及第三开关管的驱动信号的占空比保持为50％且相位互差180°。
18、高压侧全桥电路中，第五开关管与第七开关管组成超前桥臂，并分别给予占空比为50％且相位互补的驱动信号；第六开关管与第八开关管组成滞后桥臂，并分别给予占空比为50％且相位互补的驱动信号。
19、设第一开关管和第八开关管开通信号的相位差为外移相角，为实现高压侧全桥电路滞后桥臂的软开关，所述外移相角大于90°且小于180°。
20、lcl谐振腔的电感感量之比h及开关频率fs满足：
21、
22、本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构及其控制方法在具体操作时，pwm发生模块根据预设低压侧全桥电路以及高压侧全桥电路的外移相角、开关频率和所述高压侧全桥电路的桥臂内移相角，输出低压侧全桥电路和高压侧全桥电路的开关动作信号，使得拓扑结构中所有开关器件均能实现软开关，可以大幅减小开关损耗，提高效率，减小开关器件电压尖峰；同时在高频升压变压器的高压侧引入lcl型谐振腔，拓宽软开关范围，具有控制简单、系统效率高的特点，且电流动态性能满足并网需求。
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1.一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，包括闭环控制系统(70)、驱动电路(90)、光伏板接口、第三滤波电感(L3)、电网接口、低压侧全桥电路(10)、高频升压变压器(20)、LCL型谐振腔(30)、高压侧全桥电路(40)、工频全桥翻转电路(50)以及用于检测网侧的电压及电流信息的采样调理电路(80)；
2.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，低压侧全桥电路(10)经第一滤波电容(C1)与光伏板接口相连接。
3.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，高压侧全桥电路(40)的母线经第二滤波电容(C3)与工频全桥翻转电路(50)的母线相连接。
4.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，LCL型谐振腔(30)由第一谐振电感(L1)、第二谐振电感(L2)以及谐振电容(C2)组成；
5.根据权利要求4所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，所述闭环控制系统(70)包含参考指令模块(701)、环路补偿器(702)及PWM发生模块(703)，参考
6.一种权利要求5所述隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，其特征在于，低压侧全桥电路(10)中第一开关管(S1)及第四开关管(S4)的驱动信号相同，低压侧全桥电路(10)中第二开关管(S2)及第三开关管(S3)的驱动信号相同，第一开关管(S1)及第四开关管(S4)的驱动信号与第二开关管(S2)及第三开关管(S3)的驱动信号的占空比保持为50％且相位互差180°。
8.根据权利要求6所述隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，其特征在于，高压侧全桥电路(40)中，第五开关管(S5)与第七开关管(S7)组成超前桥臂，并分别给予占空比为50％且相位互补的驱动信号；第六开关管(S6)与第八开关管(S8)组成滞后桥臂，并分别给予占空比为50％且相位互补的驱动信号。
9.根据权利要求6所述隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，其特征在于，设第一开关管(S1)和第八开关管(S8)开通信号的相位差为外移相角，为实现高压侧全桥电路(40)滞后桥臂的软开关，所述外移相角大于90°且小于180°。
10.根据权利要求6所述隔离型单级式微型逆变器拓扑结构的控制方法，其特征在于，LCL谐振腔(30)的电感感量之比h及开关频率fs满足：
...【技术特征摘要】
1.一种隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，包括闭环控制系统(70)、驱动电路(90)、光伏板接口、第三滤波电感(l3)、电网接口、低压侧全桥电路(10)、高频升压变压器(20)、lcl型谐振腔(30)、高压侧全桥电路(40)、工频全桥翻转电路(50)以及用于检测网侧的电压及电流信息的采样调理电路(80)；
2.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，低压侧全桥电路(10)经第一滤波电容(c1)与光伏板接口相连接。
3.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，高压侧全桥电路(40)的母线经第二滤波电容(c3)与工频全桥翻转电路(50)的母线相连接。
4.根据权利要求1所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，lcl型谐振腔(30)由第一谐振电感(l1)、第二谐振电感(l2)以及谐振电容(c2)组成；
5.根据权利要求4所述的隔离型单级式微型逆变器拓扑结构，其特征在于，所述闭环控制系统(70)包含参考指令模块(701)、环路补偿器(702)及pwm发生模块(703)，参考指令模块(701)的输入端与采样调理电路(80)的输出端相连接，参考指令模块(701)的输出端与环路补偿器(702)的输入端相连接，环路补偿器(702)的输出端经pwm发生模块(703)与驱动电路(90)相连接，参考指令模块(701...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴云庆，曹伟，赵烈，裴龙，李志祥，王来利，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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