本发明涉及一种光储变流器。
背景技术：
小功率双向光储变流器主要指5kW及3kW功率等级的变流器。小功率双向光储变流器在光伏逆变器的基础上增加了与蓄电池连接的双向变流装置，可实现光伏发电、蓄电池储能、放电以及并离网发电的功能，实现了能量在蓄电池与电网之间的双向流动；提高电网对分布式光伏发电的接纳能力，可以接受调度指令，根据指令提供有无功功率；最重要的是可以削峰填谷，平抑峰谷电能，提高电网的质量和经济效益。
小功率双向光储变流器同时具有并网和离网两种运行模式。离网模式下，小功率双向光储变流器在保证敏感负荷的不间断供电前提下可以将剩余的电量储存于蓄电池中，提髙了系统的供电可靠性；并网模式下，可以利用储能蓄电池进行削峰填谷，提高电网的经济效益。
现有的双向光储变流器的逆变部分为普通光伏逆变器结构，由BOOST升压电路和全桥逆变电路等构成，双向变流部分为单路的Cuk电路或是全桥电路加双向BUCK/BOOST电路构成；其中CUK电路为硬开关模式，效率比较低；全桥电路加双向BUCK/BOOST电路则因为充电时由全桥电路直接向蓄电池充电，导致充电纹波较大或是需要增加滤波电容从而增加成本。
技术实现要素：
本发明提出的小功率双向光储变流器采用更易实现的软开关技术，以提高双向光储变流器的效率，使用交错并联技术降低蓄电池充电电压纹波并降低与蓄电池连接的变流电路的电流应力，降低了双向光储变流器的成本。本发明集成光伏并离网发电及蓄电池充放电功能，电路结构简单，电子元器件数量少，工作更可靠，并且具有成本低、重量轻、体积小、效率高。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
一种小功率双向光储变流器，包括双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/DC全桥电路、BUS直流母线、双向DC/AC全桥电路、光伏输入BOOST升压电路和并离网切换电路。蓄电池正极与第一复用电感、第二复用电感、第一滤波电容的公共端连接，蓄电池负极与第一滤波电容和第二开关管发射极的公共端连接之后，经双向DC/DC全桥电路、BUS直流母线、双向DC/AC全桥电路和并离网切换电路与电网连接；蓄电池与双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和电网形成并网充放电回路；蓄电池依次与双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和负载连接，形成敏感负载供电电路；太阳能电池板、光伏输入BOOST升压电路与双路交错BUCK/BOOST电路和蓄电池依次连接形成光伏充电电路；太阳能电池板、光伏输入BOOST升压电路与双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和电网或负载依次连接，形成光伏并离网发电电路。
中央控制微处理器对双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/DC全桥电路、双向DC/AC全桥电路、光伏输入BOOST升压电路和并离网切换电路进行控制，根据电网、蓄电池、太阳能电池板的状态，使变流器工作在并离网发电或者蓄电池放电或者蓄电池充电的模式下。
所述的双路交错BUCK/BOOST电路在放电模式下形成BOOST升压电路，在充电模式下形成BUCK降压电路。
所述的双路交错BUCK/BOOST电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一复用电感、第二复用电感和第一滤波电容、第二电容。第一开关管的发射极与第四开关管集电极连接，第一开关管和第四开关管组合形成一个单桥臂结构；第一复用电感的一端与第一开关管的发射极和第四开关管集电极连接，第一复用电感的另一端与蓄电池的正极连接，第一开关管的集电极与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第四开关管的发射极连接，蓄电池负极与第二开关管发射极、第四开关管发射极连接，第一开关管和第四开关管的控制端与中央控制微处理器的输出端连接；第三开关管的发射极与第二开关管集电极连接组合形成一个单桥臂结构，第二复用电感的一端与第三开关管的发射极和第二开关管集电极连接，第二复用电感的另一端与蓄电池的正极连接，第三开关管的集电极与第二电容和第一开关管的集电极的公共端连接，第二开关管的发射极与第四开关管的发射极和第一滤波电容的公共端连接，第三开关管和第二开关管的控制端与中央控制微处理器的输出端连接。
所述的双向DC/DC全桥变换器在放电模式下，高频隔离变压器原边侧开关管工作模式为固定占空比开关动作、副边侧开关管工作模式为不控整流模式；充电模式下高频隔离变压器原边侧开关管工作模式为不控整流、副边侧开关管工作模式为固定占空比开关动作。
所述的双向DC/DC全桥变换器包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管，以及高频隔离变压器。第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管组合形成全桥结构，定义为高频隔离变压器原边侧全桥，第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管组合形成全桥结构，定义为高频隔离变压器副边侧全桥。
所述的双向DC/AC全桥电路在放电模式下处于逆变状态，在充电模式下为整流状态。
所述的双向DC/AC全桥电路包括第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管和两个滤波电感。上述四个开关管组成全桥结构，第十三开关管、第十五开关管集电极连接至直流母线的正极，第十四开关管、第十六开关管的发射极连接至直流母线的负极，第三滤波电感的一端连接在第十三开关管的发射极与第十四开关管集电极之间，第三滤波电感的另一端与第一继电器和第二继电器的公共点的L极连接，第四滤波电感的一端连接在第十五开关管的发射极与第十六开关管集电极之间，第四滤波电感的另一端与第一继电器和第二继电器的公共点的N极连接。
并离网切换电路用于连接变流器、电网和负载，实现变流器的并离网切换，由三只继电器首尾相连组成，三只继电器由连接处引出，分别与变流器、电网和负载连接。第一继电器和第二继电器的公共点与变流器连接，第一继电器和第三继电器的公共点与负载连接，第二继电器和第三继电器的公共点与电网连接。
光伏输入BOOST升压电路包括第十七开关管、第一二级管、第十八开关管、第二二级管、升压电感和电容，第十七开关管的集电极与第二二极管的阳极连接组合形成一个单桥臂结构，第十八开关管的集电极与第一二极管的阳极连接组合形成一个单桥臂结构，第六升压电感的一端连接在第十七开关管的集电极极与第二二极管的阳极之间，第五升压电感的一端连接在第十八开关管的集电极极与第一二极管的阳极之间，第十八开关管的发射极与第一二极管的阴极之间连接电容，两个升压电感的另一端分别与太阳能电池板连接。
附图说明
图1为本发明的电气结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明拓扑结构包括双路交错BUCK/BOOST电路、高频隔离变压器双向DC/DC全桥电路、BUS直流母线、双向DC/AC全桥电路、光伏输入BOOST升压电路和并离网切换电路。蓄电池正极与第一复用电感、第二复用电感、第一滤波电容的公共端连接，蓄电池负极与第一滤波电容和第二开关管发射极的公共端连接之后经双向DC/DC全桥电路、BUS直流母线、双向DC/AC全桥电路和并离网切换电路与电网连接；蓄电池与双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和电网形成并网充放电回路；蓄电池依次与双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和负载连接，形成敏感负载供电电路；太阳能电池板、光伏输入BOOST升压电路与双路交错BUCK/BOOST电路和蓄电池依次连接形成光伏充电电路；太阳能电池板、光伏输入BOOST升压电路与双向DC/AC全桥电路、并离网切换电路和电网或负载依次连接，形成光伏并离网发电电路。
中央控制微处理器对双路交错BUCK/BOOST电路、双向DC/DC全桥电路、双向DC/AC全桥电路、光伏输入BOOST升压电路和并离网切换电路进行控制，根据电网、蓄电池、太阳能电池板的状态，使变流器工作在并离网发电或者蓄电池放电或者蓄电池充电的模式下。
所述的双路交错BUCK/BOOST电路包括两路并联的开关管半桥，以及两个串联在半桥中点与蓄电池正极之间的第一复用电感和第二复用电感，第一复用电感的一端与第一开关管的发射极和第四开关管集电极连接，第一复用电感的另一端与蓄电池的正极连接，第二复用电感的一端与第三开关管的发射极和第二开关管集电极连接，第二复用电感的另一端与蓄电池的正极连接；双向DC/DC全桥电路包括并联在第二电容两端的全桥桥臂、并联在第三电容两端的全桥桥臂及高频隔离变压器；光伏输入BOOST升压电路包括第十七开关管、第十八开关管、第一二极管和第二二极管，以及由桥臂中点引出的第五升压电感和第六升压电感；双向DC/AC全桥电路包括并联于BUS直流母线的第四电容和全桥桥臂以及由桥臂中点引出的第三滤波电感和第四滤波电感，相线经过交流侧第三滤波电感和第四滤波电感，再通过由第一继电器、第二继电器、第三继电器组成的并、离网切换电路分别与电网和负载连接。
所述的双路交错BUCK/BOOST电路在放电模式下形成BOOST升压电路，在充电模式下形成BUCK降压电路，双路交错BUCK/BOOST电路用于放电模式下蓄电池电压升压与高频隔离高频隔离变压器变比升压结合实现与母线电压的匹配，同时，充电模式下母线电压通过高频隔离变压器与工作于BUCK模式的电路实现与蓄电池电压的匹配。另外，上述双路交错BUCK/BOOST电路还可以调整因为蓄电池充放电电压范围不同、高频隔离变压器漏感、占空比丢失等因素的造成的高频隔离变压器充放电状态下原副边电压比的不一致；双路交错BUCK/BOOST电路还可以通过交错并联的方式降低高频隔离变压器原边侧工作于低压大电流模式下开关管的电流压力；双路交错BUCK/BOOST电路两组开关管工作于交错开关的模式下，可以降低电路的纹波。
所述的双向DC/AC全桥电路包括第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管和两个滤波电感。上述四个开关管组成全桥结构，第十三开关管、第十五开关管集电极连接至直流母线的正极，第十四开关管、第十六开关管的发射极连接至直流母线的负极，第三滤波电感的一端连接在第十三开关管的发射极与第十四开关管集电极之间，第三滤波电感的另一端与第一继电器和第二继电器的公共点的L极连接，第四滤波电感的一端连接在第十五开关管的发射极与第十六开关管集电极之间，第四滤波电感的另一端与第一继电器和第二继电器的公共点的N极连接。双向DC/AC电路可以工作于逆变模式也可以工作于整流模式，通过电路的复用简化了电路结构，降低了电路成本。
并离网切换电路由三只继电器组成，三只继电器首尾相连，由连接处引出分别与变流器、电网和负载连接。第一继电器和第二继电器的公共点与双向DC/AC全桥电路连接，第一继电器和第三继电器的公共点与负载连接，第二继电器和第三继电器的公共点与电网连接。
上述并离网切换电路用来连接变流器、电网和负载，实现变流器的并离网切换。变流器、电网、负载为“Δ”型连接关系，可以实现三端中任意两端通过一个继电器连接，简化了电路结构及降低了并离网切换过程的复杂程度。
光伏输入BOOST升压电路包括第十七开关管、第一二级管、第十八开关管、第二二级管、第五升压电感、第六升压电感和第五电容，第十七开关管的集电极与第二二极管的阳极连接组合形成一个单桥臂结构，第十八开关管的集电极与第一二极管的阳极连接组合形成一个单桥臂结构，第六升压电感的一端连接在第十七开关管的集电极极与第二二极管的阳极之间，第五升压电感的一端连接在第十八开关管的集电极极与第一二极管的阳极之间，第五升压电感和第六升压电感的另一端分别与两组太阳能电池板的正极连接，第五电容的一端与第十七开关管的发射极和第十八开关管的发射极的公共端连接，第五电容的另一端与第一二极管的阴极和第二二极管的阴极的公共端连接，两组太阳能电池板的负极均与第十七开关管的发射极、第十八开关管的发射极连接。，两个升压电感的另一端分别与太阳能电池板连接。