电压电流混源型并网逆变器拓扑制造技术

本发明专利技术公开的电压电流混源型并网逆变器拓扑包含：环路连接的第一场效应管、第一电感、第三二极管、第三场效应管、第六场效应管、第四二极管、第二电感、第四场效应管；第三场效应管、第六场效应管、第三二极管和第四二极管之间并联有第二场效应管和第五场效应管；第一电感与第二场效应管、第二电感与第五场效应管之间并联有第一二极管和第二二极管；第一二极管电流输入端电路连接第一直流电压源和第二直流电压源的连接点、第二场效应管和第五场效应管的连接点、输出滤波电容、交流电源；第三场效应管与第六场效应管之间电路连接输出滤波电容和第三电感，第三电感另一端连接交流电源。本发明专利技术导通损耗小、开关损耗小、在高频情况下，保持高效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电力系统的并网逆变器，具体涉及一种电压电流混源型并网逆变器拓扑。
技术介绍
如图1和图2所示，为单级单一变压的并网逆变器拓扑中两种传统典型电压源型和电流源型并网逆变器拓扑。传统电压源逆变器是一种降压型变流器，它的输出交流电压的峰值必须小于输入直流电压。传统电流源逆变器是一种升压型变流器，它的输出交流电压的峰值必须大于输入直流电压。在可再生能源并网发电过程中，等效直流电源的电压可能在大范围变化；比如同一光伏电池组，在不同温度情况下，直流电压可能在300V-700V变化。在这种条件下，传统电压源或电流逆变器作为220V/380V的低压功率变换接口，往往需要额外一级DC/DC变换电路来实现电压调整。在经典并网逆变器拓扑基础上，针对应用对象需求，可演化出多种相应电压源或电流源逆变器拓扑。因为传统电流源逆变器需要稳定的直流电流来方便调制，所以其直流滤波电感Ld远大于电压源逆变器的直接输出电感L1，造成较大的功率和成本损失，这是电流源逆变器应用受限的主要约束条件之一。如图3和图4所示，在单级式可升降压的并网逆变器拓扑的两种典型拓扑:Z源逆变器(Z-source逆变器)和自然软开关逆变器拓扑。为了克服传统电压源和电流源逆变器变压限制的缺点，F.Z.Peng教授提出了著名的Z-source逆变器，如图3所示。它能通过一级电路实现升降压变换，减少功率器件数量；但国内和国外都有著名课题组在对比试验中发现Z-source逆变器比Boost (升压)DC/DC变换电路+两电平桥式逆变器的拓扑组合效率低。图4为自然软开关逆变器拓扑。它与传统两级式硬开关逆变器相比，原有的Boost DC/DC变换电路的控制开关被移至平波电容支路，成为辅助开关；B00st开关的升压功能也让位于主逆变桥。在正常矢量工作时刻，辅助开关打开，整个变换器是一个电压源逆变器；而在换流或升压时刻，辅助开关关断，整个变换器成为电压可嵌位的电流源型逆变器。Z-source逆变器改变了等效输入电源的性质，使其既具备有电压源又具有电流源特性；自然软开关逆变器在不同工作需求阶段，其输入电源呈现出电压源或电流源特性。目前，其他单级可升降压逆变电路的原理和与这两类电路类似。但是，这类都有一个共同缺点:相对于传统电压源型并网逆变器，功率回路中额外串接了一个、两个甚至多个平波电感，将造成额外的功率损失。如图5并结合图6和图7所示，现有技术中在两级式可升降压的并网逆变器拓扑方面。逆变器在直流输入电压比交流电压的绝对值高时，Boost电路不工作，输出桥高频斩波，此时电路等效为电压源逆变器。在直流输入电压比交流电压的绝对值低时，仅仅Boost电路高频工作，此时电路可等效为电流源逆变器。逆变器因任何时刻只有一级电路工作在闻频状态，因而有最小的开关损耗。但在Boost电路闻频工作期间，输出滤波器等效为CL-CL滤波器；虽然加强了滤波效果，但也因此增大了损耗，同时加大了控制难度。图5中所示的拓扑，因输出逆变器要高频斩波，所以不可能采用普通MOSFET器件来降低导通损耗。由于上述图5中逆变器拓扑的缺点，如图8并结合图9和图10所示，提出了三级式可升降压的并网逆变器拓扑，但是，它与传统分时复合逆变器类似，在Boost电路高频工作期间，等效输出滤波器是CL-CL滤波器，也会因“过滤波”而损失了部分效率。由以上分析可知道，在直流输入电压大范围变化的220V/380V低压并网逆变器应用场合，提高效率的三条有效途径为:1、尽量降低开关损耗；2、以金属-氧化层-半导体-场效晶体管(金氧半场效晶体管，MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)器件取代IGBT器件以降低导通损耗；3、让功率回路的电感量最小化。
技术实现思路
本专利技术提供一种电压电流混源型并网逆变器拓扑，具有电感压降小、导通损耗小、开关损耗小、闻频下闻效率的特点。为实现上述目的，本专利技术了提供一种电压电流混源型并网逆变器拓扑，其特点是，该并网逆变器拓扑包含:环路连接的第一直流电压源、第一场效应管、第一电感、第三二极管、第三场效应管、第六场效应管、第四二极管、第二电感、第四场效应管和第二直流电压源； 上述第三二极管电流输出端连接至第三场效应管，第四二极管电流输入端连接至第六场效应管； 上述第三二极管、第三场效应管、第六场效应管、第四二极管之间还并联连接有第二场效应管和第五场效应管； 上述并网逆变器拓扑还包含有第一二极管和第二二极管；该第一二极管电流输出端连接至第一场效应管与第一电感之间，电流输入端连接至第二二极管电流输出端，第二二极管电流输入端连接至第四场效应管与第二电感之间； 上述第一二极管电流输入端还分别连接至第一直流电压源和第二直流电压源之间，以及第二场效应管和第五场效应管之间； 上述并网逆变器拓扑还包含有输出滤波电容和第三电感； 上述输出滤波电容一端电路连接第一二极管电流输入端，另一端电路连接所述第三场效应管与第六场效应管之间； 上述第三电感一端电路连接第三场效应管与第六场效应管之间，另一端电路连接交流电源的一端； 上述交流电源一端电路连接第一二极管电流输入端，另一端与第三电感电路连接。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第三二极管与第三场效应管的物理位置可以互换。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第四二极管与第六场效应管的物理位置可以互换。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第三二极管与第三场效应管可以采用一个逆阻型绝缘栅晶体管代替。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第四二极管与第六场效应管可以采用一个逆阻型绝缘栅晶体管代替。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第一场效应管，第二场效应管，第四场效应管和第五场效应管可以采用任意类型的高频功率开关管来代替。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第三场效应管和第六场效应管可以分别采用晶匝管代替。上述的电压电流混源型并网逆变器拓扑的第三电感可以由电源变压器漏感或电源线路阻抗来代替。一种上述电压电流混源型并网逆变器拓扑的变流方法，其特点是，该变流方法包含: 当第一直流电压源和第二直流电压源的直流输入电压高于电网交流电压的绝对值的情况下，正半周时第三场效应管常开，第一场效应管高频工作，第二场效应管、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管关闭；负半周时第六场效应管常开，第四场效应管高频工作，第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第五场效应管关闭； 当第一直流电压源和第二直流电压源直流输入电压低于电网交流电压的绝对值的情况下，正半周时第一场效应管和第三场效应管常开，第二场效应管高频工作，第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管关闭；负半周时第四场效应管和第六场效应管常开，第五场效应管高频工作，第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管关闭。本专利技术电压电流混源型并网逆变器拓扑和现有技术的逆变器相比，其优点在于，本专利技术相对于传统各种逆变器功率回路电感压降最小，当输入直流电压的一半高于交流电压的瞬时值的绝对值时，该拓扑的等效电路是采用LCL滤波器的电压源逆变器，相反就是采用CL滤波的电流源逆变器； 本专利技术能采用全场效应管(MOSFET)作为开关器件，导通损耗可以很小；任何时候只有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压电流混源型并网逆变器拓扑，其特征在于，该并网逆变器拓扑包含：环路连接的第一直流电压源（E1）、第一场效应管（S1）、第一电感（LP）、第三二极管（D3）、第三场效应管（S3）、第六场效应管（S6）、第四二极管（D4）、第二电感（LN）、第四场效应管（S4）和第二直流电压源（E2）；所述第三二极管（D3）电流输出端连接至第三场效应管（S3），第四二极管（D4）电流输入端连接至第六场效应管（S6）；所述第三二极管（D3）、第三场效应管（S3）、第六场效应管（S6）、第四二极管（D4）之间还并联连接有第二场效应管（S2）和第五场效应管（S5）；所述并网逆变器拓扑还包含有第一二极管（D1）和第二二极管（D2）；该第一二极管（D1）电流输出端连接至第一场效应管（S1）与第一电感（LP）之间，电流输入端连接至第二二极管（D2）电流输出端，第二二极管（D2）电流输入端连接至第四场效应管（S4）与第二电感（LN）之间；所述第一二极管（D1）电流输入端还分别连接至第一直流电压源（E1）和第二直流电压源（E2）之间，以及第二场效应管（S2）和第五场效应管（S5）之间；所述并网逆变器拓扑还包含有输出滤波电容（C）和第三电感（L）；所述输出滤波电容（C）一端电路连接所述第一二极管（D1）电流输入端，另一端电路连接所述第三场效应管（S3）与第六场效应管（S6）之间；所述第三电感（L）一端电路连接所述第三场效应管（S3）与第六场效应管（S6）之间，另一端电路连接交流电源（Vg）的一端；所述交流电源（Vg）一端电路连接第一二极管（D1）电流输入端，另一端与第三电感（L）电路连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫民，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31