整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路及控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路及控制系统，电路包括输入电压Uin，正弦调制高频链逆变器、高频隔离变压器、同步整流器、工频逆变器和LCL滤波器。控制系统包括电压传感器、电流传感器以及DSP数字控制器。其中，正弦调制高频链逆变器由四个电力MOSFET构成；高频隔离变压器的原边和副边都为单绕组结构；同步整流器由四个绝缘栅双极型晶体管IGBT及反并二极管组成；工频逆变器也由四个绝缘栅双极型晶体管IGBT及反并二极管组成；LCL滤波器由电感L1、L2和电容C组成。本发明专利技术实现了输入、输出的高频电气隔离，具有体积小、重量轻的优点，非常适用于光伏并网发电系统。

【技术实现步骤摘要】
整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路及控制系统
本专利技术涉及一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路及控制系统，属于电力电子变换器及其控制
。
技术介绍
化石能源的日益枯竭需要我们寻找合适的可替代能源，太阳能是一种取之不竭的绿色能源，光伏电池发电是利用太阳能的一种有效方法。而光伏电池输出电压受天气变化影响较大，其波动范围对有效利用太阳能电力造成了一定的困难。目前，通过并网逆变器将电能直接输送到电网是一种较为普遍的方法。如果采用非电气隔离的电能变换装置，由于光伏电池的对地电容作用，变换器为共模电流提供了低阻抗的流通路径，造成并网电流中含有较大量的漏电流，使得并网电流质量不能满足相关标准的要求。目前，为了克服并网漏电流的问题，有两种方法，一个是改善非隔离型并网逆变器的电路结构，另一个是采用高频隔离的高频链并网逆变器。通过增加开关管来改善非隔离型并网逆变器的电路结构来降低共模电压的大小，从而降低漏电流的大小，虽然该方法可以实现高效、高质量的并网，但是由于存在的安全问题和输入、输出侧的电压匹配问题，其应用还是受到一定的限制。高频链逆变器实现了光伏电池和电网之间的电气隔离，切断了共模电流的流通路径，高频变压器在体积和重量上增加有限，但是解决了输入、输出电压相匹配的问题，因此，高频链逆变器得到了广泛的应用。相比于采用反激电路、正激电路构成的高频链并网逆变器而言，桥式电路为基本结构的高频链逆变器可以处理更大的功率，因此应用也更加广泛。桥式高频链并网逆变器主要有三种结构:一、带高频隔离的直/直变换器+桥式逆变器；二、高频逆变器+高频变压器+周波变换器；三、高频逆变器+高频变压器+同步整流器+桥式逆变器。上述电路结构中，第一种控制方案将不稳定的光伏电池所发电压经高频隔离得到与输出电压相匹配的直流输出电压，再经桥式逆变器正弦脉宽调制得到正弦电压。该方法优点是可以优化控制，光伏电池的最大功率点跟踪可以由前级的高频隔离的直/直变换器来实现，并网电流波形质量由后级的桥式逆变器来实现；但是该变换器也存在明显的缺点，即前级高频隔离直/直变换器需要质量、体积都较大的直流LC滤波器才能得到质量较好的直流电，并且，直流滤波电解电容的寿命也成为制约变换器寿命的一个决定因素；此外，该种控制方案中，所有开关管都工作在高频状态，比较难以实现软开关。所有这些特性决定了该控制方案的成本较高，变换器体积、重量较大，变换效率也较低。与第一种控制方案相比，第二种控制方案省去了直流电压环节，采用周波变换器直接将高频交流电变换为工频交流电，由此也省去了体积、重量较大的直流LC滤波器，变换效率得到了提高；但是，周波变换器采用的是双向开关，开关器件的数量并未减少，而且，所有开关管都必须工作在高频工作，难以进一步提升效率。第三种控制方案直接去除第一种方案中的直流LC滤波器，此外，为方便交流侧能量回馈，将高频隔离的直/直变换器中的二极管整流电路换成全控器件构成的同步整流电路。如果正弦调制在后级的逆变器中执行，该控制方案在同步整流器输出端得到有缺口的高频直流方波电压，那么该缺口电压会对逆变器输出电压波形的质量产生较大的影响，而且，同第二种控制方案一样，所有开关器件都工作于高频，效率难以提高。因此，寻找合适的电路结构和相应的调制策略来改善高频链逆变器的性能，提高效率来实现是非常有必要的，本方案由此产生。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路及控制系统，提高高频链逆变器的变换效率，降低逆变器的散热要求，保证高质量的输出特性。技术方案:一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路，包括输入电压Uin、正弦调制高频链逆变器、高频隔离变压器、同步整流器、LCL滤波器。正弦调制高频链逆变器包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正极连接在第一开关管的漏极与第二开关管的漏极之间；输入电源的负极连接在第三开关管的源极与第四开关管的源极之间。同步整流器包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的发射极与第七开关管的集电极连接，第六开关管的发射极与第八开关管的集电极连接，且第五开关管的集电极连接第六开关管的集电极，第七开关管的发射极连接第八开关管的发射极。高频隔离变压器包括原边绕组和副边绕组，其中变压器原边绕组为两个端子，分别为第一端子、第二端子，变压器副边绕组也有两个端子，分别为第三端子、第四端子，其中变压器第一端子连接在第一开关管的源极与第三开关管的漏极之间，变压器第二端子连接在第二开关管的源极与第四开关管的漏极之间；变压器第三端子连接在第五开关管的发射极与第七开关管的集电极之间，变压器第四端子连接在第六开关管的发射极与第八开关管的集电极之间。工频逆变器包括带反并二极管的第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管，第九开关管的发射极与第十一开关管的集电极连接，第十开关管的发射极与第十二开关管的集电极连接，且第九开关管的集电极连接第十开关管的集电极，第十一开关管的发射极连接第十二开关管的发射极。此外，同步整流器和工频逆变器中，第五开关管的集电极、第六开关管的集电极、第九开关管的集电极、第十开关管的集电极相互连接在一起；第七开关管的发射极、第八开关管的发射极、第十一开关管的发射极、第十二开关管的发射极相互连接在一起。LCL滤波器中第一电感的一端与第九开关管的发射极、第十一开关管的集电极连接在一起，第一电感的另一端与滤波电容的一端以及第二电感的一端连接；第二电感的另一端与电网的火线连接；滤波电容的另一端与电网零线、第十开关管的发射极以及第十二开关管的集电极连接在一起。一种整流式高频链并网逆变器的数字控制系统，包括电压传感器、电流传感器和DSP数字控制器；其中DSP数字控制器包括锁相环、减法器、占空比丢失计算、并网电流调节器、加法器和信号调理器组成；电压传感器的输入端连接在上述电网的两端，电流传感器输入端与上述第一电感相串联；电压传感器的输出端接锁相环的输入端，锁相环的输出端接减法器的正输入端，电流传感器的输出端连接到减法器的负输入端和占空比丢失计算模块的输入端，减法器的输出端接并网电流调节器的输入端，加法器的两个输入端分别接占空比丢失计算模块的输出端和并网电流调节器的输出端，加法器的输出端接信号调理器的第一端子，信号调理器的第二端子输出第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的驱动信号，信号调理器的第三端子输出第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管的驱动信号，信号调理器的第四端子输出第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管的驱动信号。整流式高频链并网逆变器的数字控制系统中，首先采用电压传感器检测电网电压的反馈信号，利用数字锁相环得到与电网电压同步的并网电流的基准值，该基准值的幅值根据新能源发电装置的最大功率跟踪点得到；采用电流传感器检测第一滤波电感电流反馈信号，将锁相环所得基准信号与第一电感电流反馈信号相减，得到并网电流误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路，其特征在于：包括输入电压Uin、正弦调制高频链逆变器、高频隔离变压器、同步整流器、LCL滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路，其特征在于:包括输入电压Uin、正弦调制高频链逆变器、高频隔离变压器、同步整流器、LCL滤波器。2.如权利要求1所述的整流式高频链并网逆变器的输出数字调制电路，其特征在于: 所述正弦调制高频链逆变器包括带反并二极管的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的源极与第三开关管的漏极连接，第二开关管的源极与第四开关管的漏极连接，且第一开关管的漏极连接第二开关管的漏极，第三开关管的源极连接第四开关管的源极；输入电源的正极连接在第一开关管的漏极与第二开关管的漏极之间；输入电源的负极连接在第三开关管的源极与第四开关管的源极之间； 同步整流器包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的发射极与第七开关管的集电极连接，第六开关管的发射极与第八开关管的集电极连接，且第五开关管的集电极连接第六开关管的集电极，第七开关管的发射极连接第八开关管的发射极； 高频隔离变压器包括原边绕组和副边绕组，其中变压器原边绕组为两个端子，分别为第一端子、第二端子，变压器副边绕组也有两个端子，分别为第三端子、第四端子，其中变压器第一端子连接在第一开关管的源极与第三开关管的漏极之间，变压器第二端子连接在第二开关管的源极与第四开关管的漏极之间；变压器第三端子连接在第五开关管的发射极与第七开关管的集电极之间，变压器第四端子连接在第六开关管的发射极与第八开关管的集电极之间； 工频逆变器包括带反并二极管的第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管，第九开关管的发射极与第十一开关管的集电极连接，第十开关管的发射极与第十二开关管的集电极连接，且第九开关管的集电极连接第十开关管的集电极，第十一开关管的发射极连接第十二开关管的发射极。此外，同步整流器和工频逆变器中，第五开关管的集电极、第六开关管的集电极、第九开关管的集电极、第十开关管的集电极相互连接在一起；第七开关管的发射极、第八开关管的发射极、第十一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云亚，阚加荣，顾春雷，姚志垒，薛迎成，胡国文，陈荣，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：