专利名称：一种采用多绕组变压器及多h桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法
技术领域：
本发 明涉及一种新型逆变器装置及其电压输出方法，尤其是一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出方法。
背景技术：
目前,如图I所示,逆变器系统包括直流电源1、DC (direct current,直流电)-AC(alternating current,交流电)变换用的H桥逆变器2、滤波器3、并网控制器4、采样电路5及变压器6。一般对于单相逆变系统，采用一个H桥逆变器，其包括功率开关Sal、Sa2、Sa3及Sa4。其工作过程为采样电路对电网电压进行采样，并在并网控制器中生成一个与电网电压同步的正弦波，将该上角波与高频三角波进行调制，得到H桥逆变器四路开关的开关状态，使H桥逆变器的原边输出正直流母线电压、负直流母线电压及零电压三种状态，使变压器副边电压经滤波后输出一个与并网电压幅值相同、相位相同正弦波电压。由于采用高频调制技术，经滤波后的电网电压谐波含量很小，可较好的满足国标对电压畸变率的要求；但由于开关频率较高，开关损耗大，能量转换的效率降低。在大容量场合，为减小谐波及开关损耗，有人提出混合型H桥级联型逆变器，其结构如图2所示。清华大学2011年3月17日申请，2011年9月28日公开的，公开号为CN102201676的中国发明专利，一种控制混合型H桥级联逆变器的电压输出方法介绍了一种适用于三个直流母线电压等级的H桥逆变器级联的逆变器的并网控制器根据调制波的幅值通过电压阶梯调制法或载波脉宽调制法对三个H桥的相应开关进行控制，使H桥逆变器的总输出波形接近理想的正弦波形；通过其控制方法，可使逆变器系统在输出谐波很小的情况下，降低H桥逆变器的开关损耗；但是由于硬件结构上三个H桥需要三个不同的直流母线，而对于太阳能等发电储能系统其直流母线只有一条，这样将导致实现的难度和成本的增加。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器系统及其电压输出方法，其能减小开关损耗，提高能量转换效率。为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其结构包括直流电源、三个直流电压型H桥逆变器、一个原边三绕组副边单绕组的多绕组变压器、并网控制器、采样电路及滤波器。所述的三个直流电压型H桥逆变器共用同一直流母线，电压等级均为
K $绕组变压器的各绕组线圈变比为l:l:l:kl，其中kl由逆变器并联电网电压的等级及
电压等级决定；多绕组变压器的三个原边绕组各通过一 H桥并联于同一直流母线；滤波器的截止频率为载波的频率。
—种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，电压输出的方法包括以下步骤
1)设置三个具有相同电压等级的直流电压源型H桥逆变器三个逆变器共用同一直流
母线，直流母线的电压等级为Vo，则多绕组变压器副边的总输出电压V满足方程
权利要求
1.一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于其结构包括直流电源、三个直流电压型H桥逆变器、一个原边三绕组副边单绕组的多绕组变压器、并网控制器、采样电路及滤波器。
2.根据权利要求I所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于所述的三个直流电压型H桥逆变器共用同一直流母线，电压等级均力》；多绕组变压器的各绕组线圈变比为l:l:l:kl，其中kl由逆变器并联电网电压的等级及电压等级决定；多绕组变压器的三个原边绕组各通过一 H桥并联于同一直流母线；滤波器的截止频率为载波的频率。
3.根据权利要求I所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于电压输出的方法包括以下步骤1)设置三个具有相同电压等级的直流电压源型H桥逆变器三个逆变器共用同一直流母线，直流母线的电压等级为K，则多绕组变压器副边的总输出电压F满足方程
4.如权利要求3所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于在所述的步骤3)中，阶梯调制的具体方法为 根据所述步骤2)中的理想正弦波的瞬时幅值V和其峰值P所述的并网控制器按照以下公式，对每一个所述的H桥逆变器开关进行控制，所述的公式为
5.根据权利要求3或4所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于在所述步骤3)中，所述载波脉宽调制法采用三点式控制方法，其实现包括以下步骤 ①将权利要求3中步骤2)中得到的理想正弦波作为调制波，选取一载波； ②所述的并网控制器根据步骤①中的调制波正负判断，生成一路开关信号P1，其值满足当所述的调制波值大于零时，开关信号I状态为“1”，反之，开关状态为“O” ； ③将开关信号I求反，作为开关信号P2，开关信号Pl及P2分别用于控制驱动权利要求I所述的三个H桥电路的开关IGBTl及IGBT2 ； ④所述的并网控制器将步骤①中的调制波和三角波进行比较，在工频周期内生成两路不同的PWM信号P3及P4 ； ⑤所述的并网控制器将步骤②中得到的两路PWM开关信号与权利要求4中得到的X, y, z值进行比较，生成3组两路的PWM开关信号P13与P14、P23与P24及P33与P34，以控制权利要求I所述的三个H桥电路中的开关IGBT3及IGBT4。
6.根据权利要求5所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器装置及其电压输出的方法，其特征在于在所述步骤④中并网控制器得到的调制波与三角波比较，两路不同的PWM信号P3及P4的实现包括以下步骤 ①对所述的调制波正负进行判断，在其正半波与正向的高频三角波进行比较，生成PWM信号P41，在其负半波与负向的同频三角波进行比较，生成PWM信号P31; ②在所述的调制波的正半波范围内，对PWM信号P41进行取反，得到PWM信号P32，在所述的调制波的负半波范围内，对PWM信号P31进行取反，得到PWM信号P42 ； ③将步骤②或步骤③所得的PWM信号P31与P32相或，作为PWM信号P3，将PWM信号P41与P42相或，作为PWM信号P4。
7.根据权利要求5所述的一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器系统及其电压输出的方法，其特征在于在所述步骤⑤中，3组两路的PWM开关信号P13与P14、P23与P24及P33与P34的实现包括以下步骤 a)将步骤④中所得的开关信号P3与阶梯调制法所得的X、y及z对应的逻辑信号如下操作先将P3与X信号、y的反信号相与，即P3& χ ;再将P2信号与y信号相与，即P2&灰;再将二者相或，即(P3& & ; ) I (P2& ￥ )，将该信号作为开关信号P13 ;将P13的反信号作为开关信号P14 ； b)将步骤④中所得的开关信号P3与阶梯调制法所得的X、y及z对应的逻辑信号如下操作先将P3与y信号、z的反信号相与，即P3& Jf & ;;再将P2信号与z信号相与，即P2& z ;再将Pl与X及y的反信号的与信号相或，即Pl I (x & ;);再将这三个信号相或，即(Ρ3& j, &- ) (P2&z)| (Pl I (^&士))，将该信号作为开关信号Ρ23 ;将Ρ23的反信号作为开关信号P24 ；c)将步骤④中所得的开关信号P3与阶梯调制法所得的x、y及z对应的逻辑信号如下操作先将P3与z信号相与，即P3& z ;再将Pl与X信号、y的反信号相与，即P1& & z ；再将两者相或，即(P3& Z ) I (Pl&x&;)，将该信号作为开关信号P33 ;将P33的反信号作为开关信号P34。
全文摘要
本发明涉及一种采用多绕组变压器及多H桥结构的逆变器系统及其电压输出的方法，1)设置具有三个相同的直流电压源的H桥逆变器，将其并于电压等级为的直流母线上，则变压器副边总的输出电压值满足方程/3；2)在逆变器系统中的并网控制器中预设置一个与电网同步的理想正弦波；3)将理想正弦波与信号进行调制，根据信号中的阶梯状况，将调制后的功率开关的开关状态分别驱动相应H桥的对应开关，使变压器副边总输出电压波形经滤波环节后接近理想正弦波。本发明在保证输出电压性能的条件下，可大大减小开关损耗，提高能量的转化效率。
文档编号H02M7/5387GK102820797SQ20121023722
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者路茂增, 马西庚, 张昊, 赵健, 徐峻涛 申请人:东营爱特机电技术有限责任公司