一种单级分布式光伏微逆变器电路的制作方法
【专利摘要】一种单级分布式光伏微逆变器电路，该电路由电感器L1和L2构成的反激变压器，三只主开关器件V1、V2和V3，三只二极管D1、D2和D3以及输出滤波电容器C和输出滤波电感器L组成。本发明逆变器电路是通过电感的储能和释能实现光伏直流电源与电网的直接能量交换，无需电解电容器作为能量缓冲环节，可大大降低系统体积和成本，而且大幅度的提升了系统的使用寿命。本发明由于开关管V1和V3共发射极连接，整个逆变器的隔离驱动电源仅需两路，大大降低辅助电源的设计难度并降低系统成本，减小系统体积。本发明逆变器电路采用反激变换器，能够实现升降压和逆变功能，具有对大范围光伏直流输入电压的适应性。
【专利说明】一种单级分布式光伏微逆变器电路
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种单级分布式光伏微逆变器电路，属逆变器【技术领域】。
[0002]【背景技术】
常见的光伏并网发电系统结构包括集中式、串式、多串式和交流模块式等几种方案。集中式、串式和多串式系统中，其最大功率点跟踪是针对整个串并联光伏阵列，无法兼顾系统中每个光伏阵列，故单个光伏阵列利用率低，且系统扩展灵活性较差。而交流模块式系统中，分布式光伏并网微逆变器与单个光伏组件相连，可以将光伏组件输出的直流电直接变换成交流电并传输到电网，具有以下优点:(1)保证每个组件均运行在最大功率点；(2)将逆变器与光伏组件集成，易于模块化设计、即插即用和热插拔；(3)逆变器不独立占用安装空间，安装分布式便于配置；(4)系统冗余度高、可靠性高。近年来，随着我国大力推进分布式光伏发电朝规模化的发展，分布式光伏微逆变器因其发电量多、易扩展、低成本、热插拔和模块化设计的优点，逐渐成为未来光伏逆变器的发展趋势。
[0003]传统的两级单相升压降压逆变器是由升压斩波器和降压逆变器组成，虽然适用分布式发电系统的要求，但该逆变器具有开关器件多、效率低、造价高等缺点。因此，降低变换级数，减少开关器件数目，扩展输入电压范围称为分布式发电逆变器的研究热点。Nagao和Karada提出一种由6个开关器件组成的单级升降压逆变器，该逆变器采用变压器实现升压，利用交流开关控制电流方向。但该逆变器所用开关器件较多，且输入电压受变压器变比的限制。哈尔滨工业大学和南京航空航天大学多个课题组分别提出了由4个开关器件组成的不同单级升压降压逆变器且相应地提出了 一些先进控制方法。该类逆变器或采用反激工作原理，或采用双斩波器原理，但都是通过控制电感电流来调节输出功率，实现升压和降压功能。该类逆变器具有开关器件少，输入电压工作范围较宽的优点，但它们需要两个独立的直流电源。哈尔滨工业大学谭光慧等提出了一种三开关单级升降压型逆变器，该逆变器以基本buck-boost电路为基础，将两个buck-boost电路有机的结合起来，仅仅使用三个功率开关器件实现在一个功率级内的升压和降压功能。但是，该逆变器在从充电工作模式到正半周谐振工作模式转换时三个开关器件工作状态都改变，从而增大了系统的开关损耗以及控制系统的复杂程度。另外，该逆变器的开关器件驱动设计时，必须考虑驱动信号的相互隔离，三个开关器件需要三组独立的驱动电源，增加了系统的体积和重量。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是，根据现有逆变器存在的问题，本发明公开一种单级分布式光伏微逆变器电路，该电路具有开关数少，输入范围宽，效率高，结构简单，驱动设计简单的特点。
[0005]本发明的技术方案是，本发明单级分布式光伏微逆变器电路由电感器LI和L2构成的反激变换器，三只主开关器件V1、V2和V3，三只二极管D1、D2和D3以及输出滤波电容器C和输出滤波电感器L组成。
[0006]D3的正极连接分布式光伏直流电源Vdc的正极，D3的负极接V3的集电极，V3的发射极分别连接LI的极性端和Vl的发射极；V1的集电极连接Dl的负极，Dl的正极分别连接滤波电感器L和滤波电容器的一端以及V2的发射极；滤波电感器L的另一端接电网电压Vgrid的一端，V2的集电极连接D2的负极，D2的正极连接电感器L2的非极性端；滤波电容器的另一端分别接电感器L2的极性端、电感器LI的非极性端、分布式光伏直流电源Vdc的负极以及电网电压Vgrid的另一端。
[0007]图1为本发明三开关单级分布式光伏微逆变器电路，图中Vdc为分布式光伏输入直流电源电压，Vgrid为电网电压。电路中，反激变换器的电感器LI和电感器L2的匝数比为1:1且强耦合，实现分布式光伏输入电源与电网的能量传递以及隔离，二极管Dl，D2和D3能够阻止电网电流向光伏电源反向回流，滤波器L，C实现电流滤波功能，使得逆变器的注入电流正弦化。
[0008]本发明逆变器电路由一个充电回路(D3、V3和LI)和两个放电回路构成。在电网电压正半周(Positive Half-cycle, PHC)时，其放电回路为L1、V1、D1和；在电网电压负半周(Negative Half-cycle, NHC)时，其放电回路为L2、V2、D2和电网；而在整个电网周期内，充电回路相同，均由D3、V3和LI构成。本发明将充电回路工作定义为模态1，PHC时的放电回路工作定义为模态2，NHC时的放电回路工作定义为模态3。根据逆变器电路的充放电过程具体分析此3种不同的工作模态。
[0009]工作模态1:充电模式，如图2所示。
[0010]开关管V3导通，Vl和V2关断，此时光伏直流电源连通电感LI，滤波电容前的电流ip = 0，流过电感LI的电流增加，电感LI存储能量，滤波电容电压降低，向电网释放能量。故工作模态I为LI的充电储能过程和电容C的放电释能过程，实现能量交换和输出电流的连续。
[0011]工作模态2:PHC放电模式，如图3所示。
[0012]开关管Vl导通，V2和V3关断，此时光伏直流电源被断开，充电电流为零，=0，同时电感电流通过开关管Vl流入电网和滤波电容，流过电感LI的电流逐渐下降，向电网释放能量。滤波电容电压^的表达式为:
【权利要求】
1.一种单级分布式光伏微逆变器电路，其特征在于，所述电路由电感器LI和L2构成的反激变压器，三只主开关器件V1、V2和V3，三只二极管D1、D2和D3以及输出滤波电容器C和输出滤波电感器L组成；D3的正极连接分布式光伏直流电源Vdc的正极，D3的负极接V3的集电极，V3的发射极分别连接LI的极性端和Vl的发射极；V1的集电极连接Dl的负极，Dl的正极分别连接滤波电感器L和滤波电容器的一端以及V2的发射极；滤波电感器L的另一端接电网电压Vgrid的一端，V2的集电极连接D2的负极，D2的正极连接电感器L2的非极性端；滤波电容器的另一端分别接电感器L2的极性端、电感器LI的非极性端、分布式光伏直流电源Vdc的负极以及电网电压Vgrid的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种单级分布式光伏微逆变器电路，其特征在于，所述反激变换器的电感器LI和电感器L2的匝数比为1:1且强耦合，实现分布式光伏输入电源与电网的能量传递以及隔离；二极管D1，D2和D3能够阻止电网电流向光伏电源反向回流；滤波器L，C实现电流滤波功能，使得逆变器的注入电流正弦化。
3.根据权利要求1所述的一种单级分布式光伏微逆变器电路，其特征在于，所述电路由一个充电回路和两个主要放电回路构成；在电网电压正半周时，其放电回路为L1、V1、D1和Vgrid ;在电网电压负半周时，其放电回路为L2、V2、D2和Vgrid ;而在整个电网周期内，充电回路相同，均由D3、V3、LI和Vdc构成。
4.根据权利要求1所述的一种单级分布式光伏微逆变器电路，其特征在于，所述电路是通过电感的储能和释能实现光伏直流电源与电网的直接能量交换，无需电解电容器作为能量缓冲环节。
【文档编号】H02M7/537GK103904931SQ201410148342
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】章勇高, 高彦丽, 叶满园 申请人:华东交通大学