专利名称：单级光伏逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种逆变器，尤其是涉及一种单级光伏逆变器。
背景技术：
自2000年以来，并网光伏发电年平均增长率超过60%，是可再生能源技术中增长最快的技术。太阳能发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、安全、资源丰富、分布广泛等特点显示出广阔的发展空间和应用前景。但与此同时，由于并网逆变系统涉及诸多关键技术，控制系统较复杂，控制难度较大，国内目前研究和应用还不成熟，因此对并网逆变电源及其控制技术的研究成为了当前 一个重要的研究领域和发展方向。传统的小功率光伏逆变器主要由直流升压电路和逆变电路这两级实现，其中逆变电路一般采用全桥式结构，由4个MOS管(每个MOS管内部寄生了反并联的二极管)，因此构成开关器件多，并且由于两级变换影响了整个逆变器的转化效率，导致转化效率较低。
实用新型内容为解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种单级光伏逆变器，组成元器件较少、结构简单且转化效率高。本实用新型采用如下技术方案实现一种单级光伏逆变器，所述逆变器包括采用Boost电路实现的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路；其中，DC-DC升压电路包括连接在由光伏的输出端汇总成的输入直流电压Udc正极的电感L1 ;通过开关S1与电感L1串接的电容C ;连接在电感L1与电容C之间的开关S1 ；依次串接后连接在电容C两端之间的开关S2、S4和S6,且输入直流电压Udc的负极连接在开关S2和开关S4的公共端；而DC-AC逆变电路包括连接在开关S6和开关S4的公共端的电感Lx ;与开关次串接的开关S3和开关S5,且开关S5连接开关S6和电容C的公共端；连接在开关S3和开关S5公共端的电感Ly，且电感Lx与电感Ly之间输出的交流电压U0 ；通过分别控制开关S1至开关S6闭合/断开，使DC-AC逆变电路在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态时分别形成不同的逆变回路将输入直流电压Ud。转换成交流电压U。。其中，控制开关S1、开关S3和开关S6闭合，在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态时，DC-AC逆变电路输出的交流电压U^+U。，其中U。为电容C两端的电压。其中，控制开关S1、开关S2、开关S3和开关S6闭合而开关S4和开关S5断开，或者，控制开关S1、开关S3、开关S4和开关S6闭合而开关S2和开关S5断开，或者，控制开关S1、开关S3、开关S6闭合而开关S2、开关S4和开关S5断开，由电容C的正极依次经过开关S1、开关S3、电感Lx、电感Ly、开关S6和电容C的负极形成逆变回路。[0012]其中，控制开关S1、开关S2、开关S3和开关S4闭合，或者，控制关S5和开关S6闭合，在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态时，DC-AC逆变电路输出的交流电压Uq=O。其中，控制开关S1、开关S2、开关S3和开关S4闭合而控制关S5和开关S6断开，由电感Lx、电感Ly、开关S4、开关S2、开关S1和开关S3形成逆变回路。其中，控制开关S1、开关S2、开关S5和开关S6闭合而控制关S3和开关S4断开，或者控制开关S1、开关S4、开关S5和 开关S6闭合而控制关S2和开关S3断开，或者控制开关Si、开关S2、开关S5和开关S6断开而控制关S3和开关S4闭合，或者控制开关S2、开关S3、开关S5和开关S6闭合而控制关S1和开关S4断开，由电感Lx、开关S5、开关S6和电感Ly形成逆变回路。 其中，控制开关S2、开关S4和开关S5闭合且开关S6断开，在DC-DC升压电路处于充磁状态或电流断续状态时，DC-AC逆变电路输出的交流电压Utj = -U。，其中U。为电容C两端的电压。其中，控制开关S2、开关S3、开关S4和开关S5闭合且开关S1和开关S6断开，或者控制开关S1、开关S3和开关S6断开且开关S2、开关S4和开关S5闭合，或者控制开关S1、开关S2、开关S4和开关S5闭合且开关S3和开关S6断开，由电容C的正极依次经过开关S2、开关s4、电感Ly、电感Lx、开关S5和电容C的负极形成逆变回路。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果本实用新型提出的单级光伏逆变器，在同一级电路中实现的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，通过控制6个开关S1至开关S6的状态(为闭合或断开)，使逆变电路在升压电路处于不同状态下形成不同的逆变回路，实现升压与逆变功能，将太阳能板的电压转换输出。相比传统逆变器中由4个MOS管采用全桥式结构实现的逆变电路而言，本实用新型具有电路组成元件减少，电路结构简单且电能转换效率较高等诸多优点。
图I是本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
如图I所示的电路结构示意图，本实用新型提出一种单级光伏逆变器，其包括处于同一级电路中实现的DC-DC升压电路(简称为“升压电路”)和DC-AC逆变电路(简称为“逆变电路”)，通过升压与逆变功能将太阳能板的电压转换输出。光伏(太阳能电板)的输出端在逆变器的直流侧汇总成输入直流电压Udc,由DC-DC升压电路将输入直流电压Udc,提高到DC-AC逆变电路所需的值。DC-AC逆变电路输出逆变电压Utj，逆变电流io。DC-DC升压电路采用Boost电路实现。具体来说，DC-DC升压电路包括连接在输入直流电压Udc的正极的电感L1 ;电容C ;连接在电感L1与电容C之间的开关S1 ;依次串接后连接在电容C两端之间的开关S2、S4和S6 ;输入直流电压Udc的负极连接在开关S2和开关S4的公共端(该公共端记为B点)。DC-AC逆变电路包括通过开关&连接电感1^与开关S1公共端的电感Lx，将开关S3与电感Lx的公共端记为X点，该X点通过开关S5连接电容C与开关S6的公共端(该公共端记为N点)，开关S6和开关S4的公共端连接电感Ly，电感Lx与电感Ly分别为逆变器输出的交流电压Utj，其电流记为io。为了描述方便，将电感L1与开关S1的公共端记为A点，开关S2和开关S4的公共端记为P点，开关S6和开关S4的公共端记为N点。DC-DC升压电路(或称为Boost电路)进行升压时，可以分为电感L1充磁、电感L1放磁、电感L1电流断续这3个阶段。同样，逆变电路在进行逆变时也分为Uo=+Uc、Uo=0和U0=-Uc这3个阶段。
Boost电路的充电过程电感L1充磁，存储能量。通过控制器(图I中未画出)使开关S1和开关S2闭合、开关S4断开，此时，从输入直流电压Udc的正极输出的直流电流经过电感L1、开关S1和开关S2回到输入直流电压Udc的负极，电感L1上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感L1大小有关。随着电感L1电流增加，电感L1里储存了一些能量，直到电感L1两端的电压Ul=输入直流电压Udc时充电完毕。Boost电路的放电过程电感L1放电，电容C充电。通过控制器(图I中未画出)使开关S1、开关S4和开关S6闭合、开关S2断开,此时输入直流电压Udc、电感L1和电容C之间形成一个新的电流回路。由于电感1^的电流保持特性，流经电感L1的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为O。电感L1开始放电，即电感L1开始给电容C充电，电容C两端电压Uc升高，此时电容C两端电压Uc已经高于输入直流电压Udc 了。此时，电感L1两端的电压H-Uc。具体来说，当逆变UfUc时，即X点与P点相连、Y与N点相连时(即开关S1、开关S3和开关S6闭合)，Boost电路可以工作在任何状态同时使开关S2闭合，电感L1充磁，电感L1两端的电压Ul=输入直流电压Ud。，此时，电容C的正极依次经过开关S1和开关S3连接电感Lx，同时电感Ly连接开关S6,从而逆变电路输出逆变电压U0等于+U。；开关S2断开且开关34闭合时，电感L1放磁为电容C充电，电感L1两端的电压U^Utk-Uc，逆变电路形成的回路仍与电感L1充磁时的回路一致；在8008丨电路的电流断续时，逆变电路形成的回路仍不变。因此，当逆变U0 = +Uc时，Boost电路可以工作在任何状态。当逆变Utj = O时，此时X点、Y点同时与P点相连，或同时与N点相连，Boost电路也可工作在任何状态当电感L1充磁，电感L1两端的电压Ul=输入直流电压Ud。，此时，使开关S3和开关S4闭合而开关S5和开关S5断开，或使开关S3和开关S4断开而开关S5和开关S5闭合，逆变回路形成不连接电容C的回路，逆变Utj = O ;使开关S1、开关S4、开关S5和开关S6闭合且开关S3和开关S2断开，电感L1放磁为电容C充电，电感L1两端的电压UfUtk-Uc,逆变回路形成的回路仍不连接电容C，逆变U0 = O ;使开关S1、开关S2、开关S3和开关S4断开且开关S5和开关S6闭合，电感L1的电流断续，逆变回路形成的回路仍不连接电容C，逆变U0 = O ;使开关S2、开关S3、开关S5和开关S6闭合且开关S1和开关S4断开，输入直流电压Udc和电容C的电压Uc同时给电感L1充磁，此时H+U。，逆变回路形成的回路仍不连接电容C，逆变Utj = O。因此，当逆变Utj = O时，Boost电路可以工作在任何状态。当逆变U0=-Uc时，SP X点与N点相连，Y点与P点相连，此时Boost电路只能工作在电感L1充磁或者电感L1电流断续状态使开关S1、开关S2、开关S4和开关S5闭合且开关S3和开关S6断开，输入直流电压Udc给电感L1充磁，此时^=Ud。，电容C的正极经过开关S2、开关S4连接电感Ly，而电容C的负极经过开关S5连接电感Lx，此时逆变电路的输出电压U0=-Uc ;使开关S2、开关S3、开关S4和开关S5闭合且开关S1和开关S6断开,输入直流电压Udc和电容C的电压Uc同时给电感L1充磁，此时H+υ。，电容C的正极经过开关S2、开关S4连接电感Ly,而电容C的负极经过开关S5连接电感Lx,此时逆变电路的输出电压Uo=-Uc ;使开关S1、开关S3和开关S6断开且开关S2、开关S4和开关S5闭合，此时电感L1处于电流断续状态，电容C的正极经过开关S2、开关S4连接电感Ly，而电容C的负极经过开关S5连接电感Lx，此时逆变电路的输出电压U0=-Uco在一个工频周期内，Uo>0且io>0时称为正半周，Uo〈0且io〈0时称为负半周。因此，当Uo=+Uc或Uo=O时，Boost电路可以工作任何升压过程或状态，即正半周时升压电路进行升压处理与逆变电路进行逆变处理是相互独立的；当Uo=-Uc时，Boost电路只能工作在电感L1充磁状态，因此在负半周时升压与逆变不独立。
在逆变的负半周，逆变电路输出电压Uo=-Uc,且Boost电路只能工作在电感L1充磁状态(电感L1处于电流连续状态)或电流断续状态，此时Boost电路的升压过程与逆变电路的逆变过程两者不相互独立。综上，本实用新型提出的单级光伏逆变器，在同一级电路中实现的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，通过控制6个开关S1至开关S6的状态(为闭合或断开)，使逆变电路在升压电路处于不同状态下形成不同的逆变回路，实现升压与逆变功能，将太阳能板的电压转换输出。相比传统逆变器中由4个MOS管采用全桥式结构实现的逆变电路而言，本实用新型具有电路组成元件减少，电路结构简单且电能转换效率较高等诸多优点。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种单级光伏逆变器，其特征在于，所述逆变器包括采用Boost电路实现的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路；其中，DC-DC升压电路包括连接在由光伏的输出端汇总成的输入直流电压Udc正极的电感L1 ;通过开关S1与电感L1串接的电容C ;连接在电感L1与电容C之间的开关S1 ;依次串接后连接在电容C两端之间的开关S2、S4和S6，且输入直流电压Udc的负极连接在开关S2和开关S4的公共端；而DC-AC逆变电路包括连接在开关S6和开关S4的公共端的电感Lx ;与开关S1依次串接的开关S3和开关S5,且开关S5连接开关S6和电容C的公共端；连接在开关S3和开关S5公共端的电感Ly，且电感Lx与电感Ly之间输出的交流电压U0 ；通过分别控制开关S1至开关S6闭合/断开，使DC-AC逆变电路在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态时分别形成不同的逆变回路将输入直流电压Ud。转换成交流电压U00
2.根据权利要求I所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S1、开关S3和开关S6闭合，在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态吋，DC-AC逆变电路输出的交流电压U^+U。，其中U。为电容C两端的电压。
3.根据权利要求2所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S1、开关S2、开关S3和开关S6闭合而开关S4和开关S5断开，或者，控制开关S1、开关S3、开关S4和开关S6闭合而开关S2和开关S5断开，或者，控制开关S1、开关S3、开关S6闭合而开关S2、开关S4和开关S5断开，由电容C的正极依次经过开关S1、开关S3、电感Lx、电感Ly、开关S6和电容C的负极形成逆变回路。
4.根据权利要求I所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S1、开关も、开关S3和开关S4闭合，或者，控制关S5和开关S6闭合，在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态吋，DC-AC逆变电路输出的交流电压UQ=0。
5.根据权利要求4所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S1、开关S2、开关S3和开关S4闭合而控制关S5和开关S6断开，由电感Lx、电感Ly、开关S4、开关S2、开关S1和开关S3形成逆变回路。
6.根据权利要求4所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S1、开关S2、开关S5和开关S6闭合而控制关S3和开关S4断开，或者控制开关S1、开关S4、开关S5和开关S6闭合而控制关S2和开关S3断开，或者控制开关S1、开关S2、开关S5和开关S6断开而控制关S3和开关S4闭合，或者控制开关S2、开关S3、开关S5和开关S6闭合而控制关S1和开关S4断开，由电感Lx、开关S5、开关S6和电感Ly形成逆变回路。
7.根据权利要求I所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S2、开关S4和开关S5闭合且开关S6断开，在DC-DC升压电路处于充磁状态或电流断续状态吋，DC-AC逆变电路输出的交流电压Utj = -U。，其中U。为电容C两端的电压。
8.根据权利要求7所述单级光伏逆变器，其特征在于，控制开关S2、开关S3、开关S4和开关S5闭合且开关S1和开关S6断开，或者控制开关S1、开关S3和开关S6断开且开关S2、开关S4和开关S5闭合，或者控制开关S1、开关S2、开关S4和开关S5闭合且开关S3和开关S6断开，由电容C的正极依次经过开关S2、开关S4、电感Ly、电感Lx、开关S5和电容C的负极形成逆变回路。
专利摘要本实用新型公开一种单级光伏逆变器，包括采用Boost电路实现的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路；其中DC-AC逆变电路包括连接在开关S6和开关S4的公共端的电感Lx；与开关S1依次串接的开关S3和开关S5，且开关S5连接开关S6和电容C的公共端；连接在开关S3和开关S5公共端的电感Ly，且电感Lx与电感Ly之间输出的交流电压UO；通过分别控制开关S1至开关S6闭合/断开，使DC-AC逆变电路在DC-DC升压电路处于充磁状态、放磁状态或电流断续状态时分别形成不同的逆变回路将输入直流电压Udc转换成交流电压UO。本实用新型具有电路组成元件减少，电路结构简单且电能转换效率较高等诸多优点。
文档编号H02M7/48GK202617031SQ201220243599
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者延汇文 申请人:深圳科士达科技股份有限公司