一种改进型零电流转换h6结构非隔离光伏并网逆变器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏并网发电技术电力电子技术领域，具体设及一种基于零电流转换 册结构非隔离光伏并网逆变器的改进和工作方法。
【背景技术】
[0002] 非隔离型光伏并网逆变器在分布式光伏发电兴中广泛的使用，不仅能高效将太阳 能转变为电能，其结构轻便、方法简单还能大力推动电力行业的发展。现有的两种减少漏电 流办法分别是：法一，基于最高变换效率电路结构来提高漏电流抑制性能。该方法是通过改 进电路拓扑结、调制策略等来抑制漏电流；法二，基于最优漏电流抑制电路结构来提高电路 变换效率。器件损耗主要包括导通损耗和开关损耗，但是开关器件越来越高频化使得开关 损耗大大增大进而影响电路效率，而软开关的使用可W在一定程度上减小开关损耗，主要 是通过在开关开通前后引入谐振过程来消除开关过程中的器件损耗。在软开关的所有不同 类型的电路中零电流转换PWM电路因克服了之前软开关电路电流应力过大的缺点逐渐被 研究者所应用。论文针对第二种方法提出的一种零电流转换册结构非隔离型光伏并网逆 变器不能实现辅助开关管的零电流关断并且进网电流存在一定的谐波的缺点，在其基础上 提出了新的拓扑结构和控制方法来减小漏电流实现辅助开关管的零电流关断，同时通过续 流阶段时续流回路的自由错位可W使共模电压为一个定值。
【发明内容】
[0003] 针对原有的零电流转换册结构非隔离光伏并网逆变器的不足，本发明提出了一 种新型零电流转换册结构非隔离光伏并网逆变器的拓扑结构和控制方法。
[0004] 本发明的技术方案为：一种改进型零电流转换册结构非隔离光伏并网逆变器，包 括2个带有反并联二极管的主开关管S,、S,，2个不带反并联二极管的辅助开关管Sh、Sst，2 个谐振电感Wt、Lst，2个谐振电容Ch、Cst，2个直流侧电容Cl、C2,2个续流阶段错位二极管 〇5、De，全桥逆变电路开关T1-T4;
[0005] 所述主开关管S,、谐振电感Lh、谐振电容Ch、辅助开关Sh依次相串联，所述主开 关管S,、谐振电感L,,、谐振电容C,,、辅助开关Sst依次相串联，直流侧电容C1的正极A端和 辅助开关管Sh的漏极B端连接，直流侧电容C2的负极C端和辅助开关管S的源极D端连 接，B端和D端之间设有二极管D，续流阶段错位二极管町连接在直流侧电容C1的负极和主 开关管S,发射极之间，续流阶段错位二极管De连接在主开关管S8集电极和直流侧电容C2 的正极之间；续流阶段错位二极管的负极端和De的正极端并接全桥逆变电路；
[0006] 所述全桥逆变电路为四个工频工作的全桥逆变电路开关T1-T4构成。
[0007] 进一步，所述全桥逆变电路的两个桥臂中点接入滤波器，所述滤波器包括电感Li、 电感L2、电容C3,所述电感Li、电容C3、电感L2依次相串联。
[0008] 本发明方法的技术方案为；一种改进型零电流转换册结构非隔离光伏并网逆变 器控制方法，采用SPWM调制策略，调制策略中选择方波作为载波，两个主开关S,、Ss工作在 高频且同时开通关断，辅助开关Sh、Sst也工作在高频同时开通关断状态，所述辅助开关管 S7r、Ssr的导通时间为A1+A，A二^方石"，Ai=;r作万，其中心（；是谐振电感和电容； 电网电压分为正半周和负半周，在电网电压正半周该逆变器包括9个工作阶段：
[000引 [t。~t J ;t。时亥Ij，辅助开关管S 7r、Ssr零电流开通，t拥刻后，谐振电容C 7r、Csr分 别对谐振电感kt、Lh放电，主开关电流iS7、isg非线性减少直至t1时刻为0,进而实现主开 关管零电流关断；
[0010] 扣~t2];t府刻后，谐振电容Ch、Csr继续给谐振电感Lh、Lsr放电，谐振电感电 流iut、非线性增加，谐振电容电压UC7t、Ucgt非线性减少；
[0011] h~t3) ;t拥刻后，谐振电感Lh、Lsr开始给谐振电容Ch、Csr反向充电，谐振电 容电压U"r、Ucsr反向非线性增加，谐振电感电流iL7r、iL8r非线性减少，流过二极管D7、〇8电 流为0,二极管〇7、〇8截止；
[001引[tj;二极管町、08的截止使得两个含有主辅开关管的谐振回路断路，二极管D导 通；
[001引 咕~14];谐振电感L7t、Lst继续给谐振电容C7t、Cst反向充电，谐振电感电流iUt、 非线性减少，逆变器侧开关管反并联二极管iD2、1d3则非线性增大；
[0014] [t4~t5];辅助开关管Sh、Ssr上无电流流过，逆变器处于续流状态；
[00巧]扣~t6] ;ts时刻，主开关管S7、Ss和辅助开关管S7r、Ssr零电流开通，两条支路 5片^-(：^-571、58-1^81-〔81-58龙成闭合谐振回路，谐振电容C7r、Csr开始给谐振电感L7r、Lsr反 向充电，谐振电感电流iut、反向非线性增大，谐振电容电压Uc7t、Uc8t非线性减小；
[0016] [te~;谐振电感1^化、1^化开始给谐振电容Ch'Csr正向充电，t?时亥IJ，辅助开关 管Sh、Sst零电流关断；
[0017] [t,~18]:电路进入功率传递过程，待该时段结束后，进入下个周期重复。
[0018] 进一步，所述电网电压负半周时的工作阶段与正半周工作阶段原理相同。
[001引进一步，所述辅助开关管S7r、Ssr的导通时间为Ai+A，A=|^， 其中Lf是谐振电感，Ct是谐振电容。
[0020] 进一步，在控制过程中，还包括选择进网电流和输出电压作为新的控制变量，采用 双闭环PI调节来实现对进网电流实现校正。
[0021] 本发明的有益效果为；在原有的零电流转换册结构非隔离光伏并网逆变器基础 上，谐振电感Lh、谐振电容Ch与辅助开关管S7r的源极串联后与主开关管S7并联，谐振电 感Lst、谐振电容Cst与辅助开关管S的源极串联后与主开关管S8并联。二极管D的阳极与 M0SFET管源极相连，阴极与M0SFET的漏极相连。而辅助开关S7t、Sst原来在AB、CD支路，现 在移至与LC串联，如图1所示，借助LC单元在逆变器续流阶段可W使辅助开关管电流自动 减小为零，从而实现主辅开关管零电流开通和关断。与此同时改变调制策略，调整滤波器的 参数，减小漏电流，改进进网电能质量，提高电路工作效率。
【附图说明】
[0022]图1改进的电路拓扑结构；
[0023] 图2控制系统框图；
[0024] 图3系统结构框图主辅开关驱动信号产生逻辑；
[00巧]图4零电流转换册结构非隔离型光伏并网逆变器在电网电压正半周时各阶段的 等效电路图，其中：
[002引 （a)t。~t1阶段等效电路图；
[0027] (b)ti~t2阶段等效电路图；
[002引 （C)t2~t3阶段等效电路图；
[0029] (d)t3阶段等效电路图；
[0030] (e)t3~14阶段等效电路图；
[003" (f)t4~t日阶段等效电路图；
[00础（g)t日~16阶段等效电路图；
[00对似te~t7阶段等效电路图；
[0034] a)t7~18阶段等效电路图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0036] 本发明将从W下几个方面着手改进达到减小漏电流，降低开关损耗，提高电路工 作效率。具体内容包括；
[0037](1)在拓扑结构上，辅助开关Sh、Sst原来分别在A-B，C-D支路中，现将其移动到 如图所示红色方框的位置来帮助辅助开关管实现在续流阶段零电流关断，直流侧部分由两 个带有反并联二极管的IGBT主开关S,、Ss，谐振电感^,、Lsr，谐振电容Ch、CsrW及两个去 掉了反并联二极管的N沟道电力M0S阳TSh、Sst组成，谐振电感LLst大小相等，均为Lt， 大小相等，都为Cf，Ti-T4是四个工频工作的全桥逆变电路开关，Li、L2、C3构成了滤波 环节，二极管町、化是续流阶段错位二极管，如图1所示。
[003引似在控制方法上，选择进网电流和输出电压为新的控制变量，采用双闭环PI调 节来实现对进网电流实现校正，如图2所示。
[003引做在调制方法上，对辅助开关管一周期内导通情况做了改进，采用SPWM调制 策略，调制策略中选择方波作为载波。两个主开关管工作在高频，且同时开通关断，辅助 开关也工作在高频，且同时开通关断。原有的辅助开关管的导通时间为^ = ^^/1^， Lf、（；是谐振电感和电容，见图3的A，而基于该改进方法额外延长了导通时间A1，使得 Ai=死该样就保证了在Ai+A时间的范围内实现主开关管的零电流关断。另外，为 了保证主开关管的零电流开通，在主开关管导通时间范围内增加了一个导通占空比，如图3 的阴影部分，其值是A1+A。
[0040] 首先，额外延长使得辅助开关开通2次来解决续流阶段的电流反向回流问题造成 模态素乱现象，其次，载波都选用方波。由于原电路是通过辅助开关管的反并联二极管来实 现主开关管的零电流开通，新的拓扑结构把辅助开关管的反并联二极管去掉了，额外添加 导通占空比Di利用辅助开关与主开关管形成的闭合回路使得主开关管零电流开通。另外， 在原来的电路辅助开关管导通时间基础上，把原电路的A=t3-tu= 2.996e-6s延长导通 时间Ai=t4-t3=6. 04e-7s来实现辅助开关管零电流关断，即；D2=Di=t4-t〇=3.6e-6s， 如图3