一种谐波能量回收型逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种谐波能量回收型逆变器，所述逆变器包括逆变器本体单元、信号处理单元和电网；所述逆变器本体单元的输出端连接所述信号处理单元的输入端，所述信号处理单元与电网连接。本发明提供的谐波能量回收型逆变器，通过回收利用逆变器产生的PWM(脉冲宽度调整)脉冲串中的谐波能量以及减少逆变器开关损耗来提高逆变器转换效率，通过谐波与基波分离技术来提高基波质量，通过提高逆变器关键器件的使用寿命来提高逆变器的使用寿命。
【专利说明】一种谐波能量回收型逆变器
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子【技术领域】，具体涉及一种谐波能量回收型逆变器。
【背景技术】
[0002]逆变器的功能是实现DC-AC转换，它是多数电力电子设备的核心部件，在光伏系统中则被誉为系统的大脑与心脏(见参考文献[1]_[3])。从脉冲波形看，逆变器的基本形式可分为两大类:阶梯脉冲(StepWM)型逆变器与脉冲宽度调制(PWM)型逆变器。从这两者脉冲波形将直流能量转化成交流能量的效率(以下简称效率)看，前者高，后者低；从这两者脉冲波形的频谱看，前者包含的难以滤除的3、5、7等低次谐波所占比例高，影响逆变器输出的电能质量；后者可自动消除3、5、7等难以滤除的低次谐波，脉冲中包含的最低次谐波也便于滤除，逆变器输出的电能质量高。以起始相位角均为O的三角载波、正弦参考波产生的SPWM脉冲波形为例，当载波频率是正弦波频率的％倍时，SPWM脉冲波形的最低谐波频率是参考正弦波频率fo的(mf - 5)倍；比如，& = 50Hz、mf = 32时，正弦参考波一个周期内的脉冲个数为Np = mf - 2 = 30，最低谐波频率高达(mf- 5) X 50Hz = 27 X 50Hz =1350Hz，这样的谐波当然远比3、5、7等低次谐波容易滤除掉。另外有一种选择谐波消除型PWM(以下简称SHEPWM) [4]-[16]，(另见美国专利7420824)，它不是像SPWM或空间矢量法PWM(SVPWM)那样确定各个脉冲的开、关角，而最常用的方法是通过求解Np个三角函数超越方程组成的方程组，得到可使选中的Np/2-l个谐波为零的特殊脉冲序列；当脉冲序列关于η /2轴对称、3 π /2轴反对称，从而脉冲序列的谐波不包含偶次谐波时，以基波1/4周期内的Νρ/4脉冲的Νρ/2个开、关角为未知数，就可使基波具有要求的幅值、3~Np-1次奇次谐波的幅值为零。这种P WM后来又发展起成实时SHEPWM(见参考文献[17]-[22])，即％/2个开、关角不必先计算好存储备用，而是可根据输入的Np、Up(脉冲高度，通常规一化为I)与ma(要求的基波幅值U1与Up之比)值实时计算。以 申请人:设计的正弦波作为参考波的起始相位角为O的Np = 40的实时SHEPWM为例，最低谐波频率为(Np+1) X50Hz = 41 X50Hz =2050Hz，这时逆变器脉冲频谱中的谐波更容易滤除。由于这种原因，PWM型逆变器在许多采用DC-AC、AC-DC-AC技术的系统中，特别是光伏系统中得到广泛应用。
[0003]在逆变器的主要指标效率、可靠性、输出功率中，效率列为首位；美国再生能源研究所(National Renewable Energy Laboratory, NERL)几次会同国内多家逆变器公司进行的逆变器联合研制计划中，提高效率一直列为首要目标[23]，可见效率低是PWM型逆变器的一大缺陷，这种缺陷在像光伏系统这样的新能源系统中更不能容忍，因为太阳能转换器得来的直流电能实在太昂贵了，不应在DC-AC转换过程中被白白浪费掉。
[0004]下面仍以mf = 32的SPWM与Np = 32的SHEPWM为例来定量了解这类逆变器的效率。由于SPWM的脉冲波形是关于π/2轴对称、关于3 π/2轴反对称的，所以它的脉冲的任何一次谐波的幅值都是它在O~π /2范围内的脉冲的同次波幅值所的4倍，因此计算这种PWM的频谱时，只须知道它在O~π/2范围内的脉冲位置(包括开通角0。11与关断角0。?)即可。为了与SPWM的频谱作比较，SHEPWM也设计成与SPWM具有相同的对称性。[0005]mf = 32的这种SPWM在0~π /2共有8个脉冲(最后一个脉冲的Θ Qff = Ji /2，与JI /2~31区间的第一个脉冲的θ on重合，故O~231范围内的脉冲数只有mf - 2 = 30个)，它们的θ οη> Θ off值与参考正弦波幅值Us (也即SPWM脉冲序列的基波幅值，通常规一化为I)与调制三角波幅值Ut之比ma = Us/UT有关。ma = 1.0,0.8时，对应的8个脉冲的Θ ?、Θ off值如表1，即表1体现了 SPWM脉冲位置(mf = 32) 0同样，Np = 32的SHEPWM在O~Ji /2也有8个脉冲，它们的θ οη> Θ off值则与ma = U1ZiUp有关，表2是Np = 32的SHEPWM在ma = 1.0、0.8时对应的8个脉冲的θ οη、Θ off值。
【权利要求】
1.一种谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述逆变器包括逆变器本体单元、信号处理单元和电网；所述逆变器本体单元的输出端连接所述信号处理单元的输入端，所述信号处理单元与电网连接。
2.根据权利要求1所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述逆变器本体单元包括直流电压源、DC/DC转换器和PWM模块；所述直流电压源输出的直流电压经过DC/DC转换器进行电压转换，经过转换的电压信号输入PWM模块进行脉冲宽度调制。
3.根据权利要求2所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述直流电压源包括太阳能板电源；所述DC/DC转换器通过自激振荡电路把输入的直流电压转变为交流电压，再通过其内部的变压器改变电压等级之后再转换为直流电压输出。
4.根据权利要求1所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述信号处理单元包括基波提取单元和谐波电压反馈单元，所述基波提取单元包括高频网络单元和低频网络单元，所述高频网络单元和低频网络单元分别用于提取PWM电压脉冲中的高频分量和低频分量，所述高频分量为谐波分量，所述低频分量为基波分量。
5.根据权利要求4所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述高频网络单元和低频网络单元均包括隔离变压器，所述隔离变压器为升压变压器。
6.根据权利要求5所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述高频网络单元中升压变压器的升压比由提取的谐波电压的绝对平均值与所述逆变器输入直流电压的比值确定； 所述低频网络单元中升压变压器的升压比由提取的基波电压与电网电压比值确定。
7.根据权利要求4-6任一所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述高频网络单元输入端口的输入端连接PWM模块的输出端，其输出端连接低频网络单元输入端口的输入端；所述低频网络单元输入端口的输出端接地； 所述高频网络单元输入端口的两端之间设有低通滤波器，所述低频网络单元输入端口的两端设有高通滤波器。
8.根据权利要求7所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述低通滤波器为低频带通滤波器，其谐波阻抗远大于基波阻抗；所述高通滤波器为低频带阻滤波器，其基波阻抗远大于谐波阻抗。
9.根据权利要求8所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述低频带通滤波器为RLC串联谐振选频滤波器，所述低频带阻滤波器为RL//C并联谐振选频滤波器。
10.根据权利要求4所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述谐波电压反馈单元包括高频网络单元的升压变压器输出端口、平滑电路、电流绝对值电路、平滑电容器；高频网络单元的升压变压器输出端口通过电流绝对值电路连接平滑电路，所述平滑电路的另一端连接直流电压源输出的直流电压，并同时连接平滑电容器，所述平滑电容器的另一端接地。
11.根据权利要求2所述的谐波能量回收型逆变器，其特征在于:所述PWM模块包括PWM发生器，所述PWM发生器产生3-电平PWM电压脉冲。
【文档编号】H02M1/12GK104009660SQ201410259705
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】陈祥训, 陈雷 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司