专利名称：一种单级式直流-交流逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单级式直流-交流逆变器，属于电能变换领域，用于光伏发电等可再生能源发电。
背景技术：
目前，能源的短缺以及环境污染问题日益严重，以风力发电、光伏发电为代表的可再生能源发电技术因其不消耗地球化石能源、对环境零排放等优点，成为最有竞争力的解决能源和环境问题的途径，获得了广泛关注，成为了当前的研究 热点。由于可再生发电源输出的电能形式对环境变化更加敏感，波动较大，难以直接为负载供电，为此需要结合相应的电能变换技术来获得满足并网运行或独立供电要求的电能形式。在目前的解决方案中，对于光伏发电系统，其输出为直流形式，一种方案是采用直流-直流-交流的两级式结构实现平稳的交流电能输出。这种结构中直流侧增加的开关变换器造成系统损耗增加，效率和可靠性均有所下降。另一种方案是采用Z源型逆变器，在直流发电源和传统逆变器中间串接由两个电感和电容组成的交叉阻抗网络，利用逆变器的直通状态对电感进行储能，在非直通状态释放，进而间接实现直流电压的升压控制。Z源型逆变器采用单级结构同时实现直流侧的升压控制和交流侧的逆变控制，具有结构紧凑、效率高等优点，受到广泛关注。但是这种方案直流升压比有限，在直流升压比较大时，需要较大的直通占空比，造成对交流侧的输出电压和电流波形造成不良影响，另外，Z源型逆变器需要两个储能电感和两个滤波电容，造成成本和体积均有所增加，不利于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含直流高频变压器的单级式单级式直流-交流逆变器，以解决现有方案中存在的效率低等问题。本发明所涉及的一种单级式直流-交流逆变器，其组成包括输入二极管(I )，双绕组脉冲变压器(2)，滤波电容(3)以及第一桥臂(4)和第二桥臂(5)。二极管(I)的输入端与直流供电电源的正极相连，二极管(I)的输出端与双绕组变压器(2)的绕组I的第一端、所述的双绕组变压器(2)的绕组2的第一端相连，所述的双绕组变压器(2)的绕组2的第二端与滤波电容的一端相连，
第一桥臂(4)和第二桥臂(5)并联，所述的双绕组变压器(2)的绕组I的第二端和第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流正极输入端相连，直流供电电源的负极、滤波电容的另一端、第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流负极输入端相连。所述的直流侧双绕组变压器(2)的绕组I与所述的直流侧双绕组变压器(2)的绕组2的同名端相连。所述的第一桥臂(4)由第一开关管V1和第二开关管V2串联构成，第二桥臂(5)由第三开关管V3和第四开关管V4串联构成，第一桥臂(4)中第一开关管V1和第二开关管V2的连接点作为所述的单级式直流-交流逆变器的一个交流输出端，第二桥臂(5)中第三开关管V3和第四开关管V4的连接点作为所述的单级式直流-交流逆变器的另一个交流输出端。所述的单级式直流-交流逆变器的控制步骤包括，
步骤一、设置一个三角波和一个正弦波，用正弦波和三角波比较，若正弦波大于三角波，输出“1”，若正弦波小于或等于三角波，则输出“0”，形成第一路方波信号；
步骤二、将步骤一获得的比较结果进行逻辑取反，获得第二路方波信号；
步骤三、对步骤一所获得的第一路方波信号进行判断，若由“I”跳变到“0”，或由“O”跳变到“ I ”，则以所述的步骤一所获得的第一路方波信号的电平跳变点为起点，在步骤一和步骤二所获得的两路方波信号中，同时加入一段时间的全“I”状态；由此获得的两路方波信号，第一路用于控制第一开关管V1和第四开关管V4,第二路用于控制第三开关管V3和第二开关管V2。·本发明所具有的优点(I)采用单级式直流-交流逆变器，同时实现直流电压的升压控制和直流电压到交流电压的变换，无需额外增加开关器件，有效提高了效率；(2)与Z源型逆变器相比，只需要一个变压器和一个滤波电容，有效减小了储能元件的数量，进而降低了体积和成本，同时进一步提高了效率；(3)直流变压器的引入，可以很方便地实现高直流升压比，进而扩展直流输入发电源的发电范围；(4 )在获得相同的直流升压比的前提下，本发明只需更小的直通占空比，进而提高了直流电压利用率，降低了直通状态对交流电压和电流的不良影响。
图I是本发明的单级式直流-交流逆变器的原理 图2是本发明的单级式直流-交流逆变器的直通状态的原理图，图3是本发明的单级式直流-交流逆变器的非直通状态的原理 图4是本发明和现有方案的直流升压比的对比 图5是本发明的控制方法的流程 图6是本发明的产生直通状态的原理 图7是本发明的工作波形原理示意 图8是处于升压模式的本发明的仿真波形，图9是处于升压模式的仿真波形的局部放大 图10是处于降压模式的本发明的仿真波形。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I至图3具体说明本实施方式。图I是本发明的单级式直流-交流逆变器的原理图。其组成包括输入二极管(I )，双绕组脉冲变压器(2)，滤波电容(3)以及第一桥臂(4)和第二桥臂(5)。其特征在于二极管(I)的输入端与直流供电电源的正极相连，二极管(I)的输出端与双绕组变压器(2)的绕组I的第一端、所述的双绕组变压器(2)的绕组2的第一端相连，所述的双绕组变压器(2)的绕组2的第二端与滤波电容的一端相连，第一桥臂(4)和第二桥臂(5)并联，所述的双绕组变压器(2)的绕组I的第二端和第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流正极输入端相连，直流供电电源的负极、滤波电容的另一端、第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流负极输入端相连。下面对这种方案的稳态过程进行理论分析。各个公式中变量的物理含义为，化为变压器(2)的绕组Wl两端电压，" 为变压器(2)的绕组W2两端电压，为变压器(2)的匝数比，*t为滤波电容(3)的电压，》-为直流正极输入端的二极管(I)的电压，《W为直流输入电源电压，d为逆变器的直通占空比。在直通状态下，对应的等效电路如图2所示，其绕组电压方程为
权利要求
1.一种单级式直流-交流逆变器，其组成包括输入二极管(I )，双绕组脉冲变压器(2)，滤波电容(3)以及第一桥臂(4)和第二桥臂(5); 其特征在于二极管(I)的输入端与直流供电电源的正极相连，二极管(I)的输出端与双绕组变压器(2)的绕组I (Wl)的第一端、所述的双绕组变压器Tl (2)的绕组2 (W2)的第一端相连，所述的双绕组变压器(2)的绕组2的第二端与滤波电容的一端相连， 第一桥臂(4)和第二桥臂(5)并联，所述的双绕组变压器(2)的绕组I (Wl)的第二端和第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流正极输入端相连，直流供电电源的负极、滤波电容的另一端、第一桥臂(4)和第二桥臂(5)的直流负极输入端相连。
2.根据权利要求I所述的一种单级式直流-交流逆变器，其特征在于所述的直流侧双绕组变压器(2)的绕组I (Wl)与所述的直流侧双绕组变压器(2)的绕组2 (W2)的同名端相连。
3.根据权利要求I所述的一种单级式直流-交流逆变器，其特征在于，所述的第一桥臂(4)由第一开关管V1和第二开关管V2串联构成，第二桥臂(5)由第三开关管V3和第四开关管V4串联构成，第一桥臂(4)中第一开关管V1和第二开关管V2的连接点作为所述的单级式直流-交流逆变器的一个交流输出端，第二桥臂(5)中第三开关管V3和第四开关管V4的连接点作为所述的单级式直流-交流逆变器的另一个交流输出端。
4.根据权利要求1，3所述的一种单级式直流-交流逆变器，其特征在于，所述的单级式直流-交流逆变器的控制步骤包括， 步骤一、设置一个三角波和一个正弦波，用正弦波和三角波比较，若正弦波大于三角波，输出“1”，若正弦波小于或等于三角波，则输出“O”，形成第一路方波信号； 步骤二、将步骤一获得的比较结果进行逻辑取反，获得第二路方波信号； 步骤三、对步骤一所获得的第一路方波信号进行判断，若由“I”跳变到“O”，或由“O”跳变到“ I ”，则以所述的步骤一所获得的第一路方波信号的电平跳变点为起点，在步骤一和步骤二所获得的两路方波信号中，同时加入一段时间的全“I”状态；由此获得的两路方波信号，第一路用于控制第一开关管V1和第四开关管V4，第二路用于控制第三开关管V3和第二开关管V2。
全文摘要
本发明涉及一种具有高直流电压利用率的单级式直流-交流逆变器，属于电能变换领域，用于光伏发电等可再生能源发电。其组成包括直流侧双绕组脉冲变压器，滤波电容以及输出侧的逆变器。直流侧双绕组变压器的绕组1一端与滤波电容的一端相连，绕组1的另一端和直流输入电源的正极以及绕组2的一端相连，绕组2的另一端与逆变器的直流正极输入端相连，直流输入电源的负极、滤波电容的另一端、逆变器的直流负极输入端相连。本发明利用逆变器产生直通状态，将能量存储在变压器中，在非直通状态释放出去，进而实现直流电压的升压控制。本发明采用一级电路结构同时实现了直流电压的升压控制和直流到交流电压的变换控制，具有结构紧凑、直流电压利用率高以及效率高、可靠性高等优点。
文档编号H02M7/48GK102891618SQ20121040980
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者李宣南, 朴顺善, 毛飞 申请人:哈尔滨东方报警设备开发有限公司