控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的方法和系统。谐振转换器可以按照一个或多个预定开关模式操作，一个或多个预定开关模式包括但不限于：全电桥模式、半电桥模式、脉宽调制模式、脉冲跳跃模式、以及AC线路电压脉冲跳跃模式。该方法包括基于直流(DC)电压源的电压和电流值以及太阳能逆变器的输出产生基准电流。该方法还包括将基准电流与感测电流相比较，其中感测电流是从太阳能逆变器的输出中收集的。这之后，基于基准电流与感测电流的比较来产生用于控制谐振转换器的操作的多个驱动信号。其中谐振转换器的操作是通过按照预定开关模式切换谐振转换器来控制的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及发电系统。更具体地，本专利技术涉及用于控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的方法和系统。
技术介绍
谐振转换器是利用一个或多个LC电路将来自DC电压源的DC电压转换成正弦电压和电流波形的电子谐振电路。典型地，这样的电路由于众多优点而广泛使用在电子工业中。例如，谐振电路具有低开关损耗，并且具有较小的电磁干扰(EMI)。此外，这些电路能够在非常高的开关频率下操作，这是由于这些电路对于主电力设备允许零电压和电流开关条件。高开关频率操作有助于用小尺寸组件来代替体积大的磁组件，因此有助于减小电路的总体尺寸。具体地，在电路操作在零电压和电流开关条件期间，电力设备仅在它们接通时传导电，从而减小开关损耗。此外，极大地减少了由于EMI所引起的问题。典型地，太阳能逆变器需要以高效且低成本方式从太阳能产生电力。为此，这样的太阳能逆变器操作使得它们是全功能且独立的单元或者是电网连接的(grid-connected)，并且这样的太阳能逆变器也在不同的功率级下操作。为了在这种不同的功率级下操作，典型地诸如电池、燃料电池或太阳能板等DC电源连接至太阳能逆变器。太阳能逆变器从DC电源(太阳能板)产生AC电压，并且将电力传送至AC电网。在电网连接的太阳能逆变器中，将每个太阳能板DC电压转换成电网兼容的AC电压。因此，附着至太阳能板的逆变器需要极高的电压转换比。由于高电压转换比，这种逆变器的设计引起许多挑战。例如，典型的太阳能板具有20V平均电压，并且峰值电网电压大约为340V。在实际情况下极难实现这种高转换比。此外，电网连接的太阳能逆变器需要在宽范围的输入和输出电压下操作。为了实现这一点，不断地努力设计具有高效率和宽范围输入操作电压的拓扑结构。克服上述限制的一个解决方案是在太阳能逆变器中使用谐振转换器。公开了在这些太阳能逆变器中使用谐振转换器的少数解决方案在市场上是可用的。然而，现有的解决方案遭受到诸如较低可靠性、较低效率和较高成本等缺点。此外，所述解决方案由于现有太阳能逆变器的结构而消耗大量空间。考虑到上述原因，需要提供一种在太阳能逆变器中包括谐振转换器的改进拓扑结构，以实现高可靠性、高效率和低成本。同样，改进的拓扑结构应当集中在配置太阳能逆变器，使得消耗较少空间。此外，改进的拓扑结构与传统系统相比具有较低开关损耗和较少组件。此外，所述拓扑结构应当集中在宽范围操作条件上有效率地控制谐振转换器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种用于控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的方法和系统。本专利技术的另一目的是提供一种供太阳能逆变器使用的改进拓扑结构。优选地，所述拓扑结构应该具有较小的开关损耗和较少的组件。本专利技术的另一目的是提供一种供太阳能逆变器使用的拓扑结构，其中该拓扑结构在变压器中产生正弦电流和电压。本专利技术的又一目的是提供一种供太阳能逆变器使用的拓扑结构，其中该拓扑结构在宽负载范围上控制电路，并且在给定操作范围提供高效率。本专利技术的附加目的是使用受控谐振转换器来产生电力。本专利技术的实施例提供一种用于使用受控谐振转换器产生电力的方法。该方法包括产生第一直流(DC)电压，所述第一 DC电压从DC电压源产生。这之后，使用受控谐振转换器从第一 DC电压产生第一交流(AC)电压。受控谐振转换器按照一个或多个预定开关模式中操作。此后，对第一 AC电压进行放大。第一 AC电压由变压器放大。然后将放大的AC电压转换成经整流的DC电压。最后，将经整流的DC电压转换成第二 AC电压，其中第二 AC电压与AC电网频率同步。本专利技术的实施例提供一种用于控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的系统。谐 振转换器可以用于产生电力。该系统包括最大功率点跟踪(MPPT)计算模块、锁相环(PLL)行频整流器、电流调节器以及调制器。MPPT计算模块计算DC电压源的与最大功率点相对应的电压和电流值。计算该值以产生基准电流。此外，PLL行频整流器产生基准电流的波形。此外，电流调节器将基准电流与感测电流相比较。感测电流是从太阳能逆变器的输出收集的。此外，上述调制器基于基准电流与感测电流的比较来产生用于控制谐振转换器操作的多个驱动信号。然后向门控驱动器提供产生的驱动信号。通过门控驱动器提供的驱动信号，通过在一个或多个预定开关模式中切换谐振转换器来控制谐振转换器的操作。本专利技术的实施例提供了一种用于控制交流(AC)模块中使用的谐振转换器的方法。该方法包括基于直流(DC)电压源的电压和电流值以及太阳能逆变器的输出来产生基准电流。这之后，将基准电流与感测电流相比较。从太阳能逆变器的输出收集感测电流。一旦执行比较，产生用于控制谐振转换器的操作的多个驱动信号。基于驱动信号，通过按照一个或多个预定开关模式来切换谐振转换器来控制谐振转换器的操作。预定开关模式的各种示例可以包括但不限于全电桥模式、半电桥模式、脉宽调制模式、脉冲跳跃模式、以及AC线路电压脉冲跳跃模式。最后，受控谐振转换器可以用于产生电力。附图说明在下文中结合附图描述本专利技术的各个实施例，提供附图用于说明本专利技术但不限制本专利技术，其中相似的标记表示相似的元件，在附图中图I示出了可以实践本专利技术各种实施例的太阳能逆变器的示例性逆变器电路；图2是示出了根据本专利技术实施例的谐振电路的控制器的一个或多个模块的框图；图3示出了根据本专利技术实施例的正常负载条件下相对于控制变量变化的调制器输出变化；图4示出了根据本专利技术实施例的低负载条件下相对于控制变量变化的调制器输出变化；图5a示出了描述根据本专利技术实施例的逆变器电路的高增益操作的电路图；图5b表示说明根据本专利技术实施例的逆变器电路的各个信号的时序图；图6a示出了根据本专利技术实施例的逆变器的低增益操作的电路图6b是示出了根据本专利技术实施例的逆变器电路的各个信号的时序图；图7a是根据本专利技术实施例的按照脉宽调制模式操作的谐振转换器的时序图；图7b是根据本专利技术实施例的按照脉冲跳跃模式中操作的谐振转换器的时序图；图7c是根据本专利技术实施例的按照AC电压脉冲跳跃模式操作的谐振转换器的时序图；图8是根据本专利技术实施例的用于控制在太阳能逆变器中使用的谐振转换器的流程图；以及图9示出了根据本专利技术实施例的使用受控谐振转换器产生电力的流程图。本领域技术人员应认识到为了简要和清楚示意附图中的元件，以帮助进一步理解 本专利技术的实施例，并不意在以任何方式限制本专利技术的范围。具体实施例方式图I示出了可以实践本专利技术各个实施例的太阳能逆变器的示例性逆变器电路100。逆变器电路100包括电桥逆变器102、谐振储能电路(resonant tank circuit) 104、变压器106、电桥整流器108、展开器件(unfolder device) 110、控制器112和DC/DC谐振转换器114。逆变器电路100配置有输入DC电压Vd。。输入DC电压Vd。可以从各种源产生，所述各种源例如但不限于太阳能板、一个或多个太阳能光伏电池、燃料电池、电池、超级电容器以及其他DC电源。根据本专利技术实施例，输入电压也可以称作第一 DC电压。DC/DC谐振转换器114在下文中可以称作谐振转换器/谐振电路。电桥逆变器102由一个或多个电源开关SI、S2、S3和S4(统称为开关，即S1-S4)形成。电源开关S1-S4可以是全可控半导体开关，例如，金属氧化物半导体场效应晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.22 US 61/338,6691.一种用于控制太阳能逆变器中使用的谐振转换器的方法，所述方法包括基于直流(DC)电压源的电压和电流值以及太阳能逆变器的输出产生AC电流；将基准电流与感测电流相比较，其中所述感测电流是从太阳能逆变器的输出中收集的；基于基准电流与感测电流的比较来产生用于控制谐振转换器的操作的多个驱动信号，其中谐振转换器的操作是通过按照ー个或多个预定开关模式切换谐振转换器来控制的。2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述ー个或多个预定开关模式包括以下至少ー个全电桥模式、半电桥模式、脉宽调制模式、脉冲跳跃模式以及AC线路电压脉冲跳跃模式。3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述谐振转换器包括以下至少ー个ー个或多个电感器以及ー个或多个电容器。4.根据权利要求I所述的方法，其中，控制所述谐振转换器以产生第一AC电压。5.根据权利要求I所述的方法，其中，产生基准电流还包括(a)产生与最大功率点相对应的基准电流值；以及(b)产生所述基准电流的波形。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述波形由锁相环(PLL)产生，所述PLL与AC电网同步。7.根据权利要求I所述的方法，还包括通过改变谐振转换器的ー个或多个预定开关模式来控制来自DC电压源的电压。8.根据权利要求I所述的方法，还包括确定太阳能逆变器的输出的零交叉。9.ー种使用受控谐振转换器产生电力的方法，所述方法包括产生第一直流(DC)电压；使用受控谐振转换器根据第一 DC电压产生第一交流(AC)电压，所述受控谐振转换器按照ー个或多个预定开关模式操作；对第一 AC电压进行放大；将放大的AC电压转换成经整流的DC电压；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：马德胡·约什，布鲁斯·莫迪克，提提·特拉斯达菲尔，荣·丹克尔，纳舍尔·库图特，
申请(专利权)人：佩特拉太阳能公司，
类型：
国别省市：