无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构及调制方法
【专利摘要】本发明提供无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构，包括低频纹波抑制模块，由互补导通的两个功率开关管组成，两个功率开关管串联后连接在单相逆变器的直流侧，二者连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。本发明在原有逆变器的基础上，只需将滤波电路的电感与电容拆分为两组对称的电感及电容，再添加一个仅由两支功率开关管组成的低频纹波抑制模块，通过控制低频纹波抑制模块的功率开关管的开关状况即可将脉动功率控制在两支滤波电容上，实现消除逆变器中直流侧电解电容，提高系统可靠性。
【专利说明】无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构及调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于逆变器领域，具体涉及一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑 结构及调制方法。
【背景技术】
[0002] 由于输入与输出瞬时功率的不平衡，输入电流中会产生二倍于输出频率的低频纹 波电流，该低频纹波电流会在各应用领域带来一系列危害：在电力系统中会加重设备负担、 带来电能损耗；在燃料电池系统中，会降低系统效率、缩短燃料电池寿命；在光伏发电系统 中，会影响MPPT等。为解决上述问题，在逆变场合不得不大量采用电解电容缓冲能量，平衡 交流侧与直流侧瞬时功率。但电解电容存在着寿命短、体积大等缺陷，严重影响系统的可靠 性与功率密度的提高。
[0003] 目前消除或减小逆变器中电解电容的拓扑可以归为两类：一是通过添加一些无源 或有源滤波装置，将脉动功率控制在储能元件或滤波装置上，例如在并网光伏逆变器中通 过添加两支功率开关管与储能电感，将脉动功率通过添加的功率管转移至储能电感上，该 方法为了满足MPPT的控制，并不能完全将脉动功率转移至储能电感上，只能适度减小了直 流侧电解电容。该方法本质上是将脉动功率控制在直流侧，直流侧仍然存在电解电容。二是 采用差分逆变器这一特殊拓扑，通过控制交流侧两支滤波电容的电压波形，实现负载所需 的脉动功率由这两支滤波电容提供，在这种拓扑中，脉动功率由交流侧补偿。该方法能消除 电解电容且无需添加额外的器件，但是过分依赖于不太常用的差分逆变器这一拓扑结构。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑 结构及调制方法，消除逆变器中直流侧电解电容，提高系统可靠性。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无电解电容单相逆变器低 频纹波抑制拓扑结构，其特征在于：它包括：
[0006] 低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成， 第五功率开关管T 5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关 管!^与第六功率开关管T 6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单 相逆变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。
[0007] 无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构的调制方法，其特征在于：采集滤 波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例 积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行比较，形 成一组PWM控制参数控制所述的第五功率开关管T 5与第六功率开关管T6的导通；
[0008] 其中滤波电路中2个电容的电压设定值&与分别为：
【权利要求】
1. 一种无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构，其特征在于：它包括低频纹波 抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T 5与第六功率开关管T6组成，第五功率开关管T5 与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T5与第六功率 开关管T 6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆变器的交流 侦牝由两组相互对称的电感和电容构成。
2. 如权利要求1所述的无电解电容单相逆变器低频纹波抑制拓扑结构的调制方法，其 特征在于：采集滤波电路中其中一个电容的电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压 误差值经过比例积分控制器，输出得到一组控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角 载波进行比较，形成一组PWM控制参数控制所述的第五功率开关管T 5与第六功率开关管T6 的通断； 其中滤波电路中2个电容的电压设定值Vcl与分别为：
其中，Vmax为输出电压的峰值，ω为工频角频率，t为时间，F(t)为电容中点电压控制 函数，输出电压为滤波电路的输出端电压；
其中Vd为电容电压直流偏置部分，
vd〈Vin-B (17), vin为直流侧输入电压，C为滤波电路中一个电容的容值，Iniax为负载电流峰值，B为电 容电压中二倍于输出电压频率部分的幅值，^为电容电压中二倍于输出电压频率部分的相 角。
3. -种无电解电容单相逆变器拓扑结构，其特征在于：它包括： 直流电源； 单相逆变器，其直流侧与所述的直流电源连接； 滤波电路，由两组相互对称的电感和电容构成，其输入端与所述的单相逆变器的交流 侧连接，其输出端即为负载端； 低频纹波抑制模块，由互补导通的第五功率开关管T5与第六功率开关管T6组成，第五 功率开关管T5与第六功率开关管T6串联后连接在单相逆变器的直流侧，第五功率开关管T 5 与第六功率开关管T6的连接点与滤波电路的两个电容的中点连接；滤波电路连接在单相逆 变器的交流侧，由两组相互对称的电感和电容构成。
4. 根据权利要求3所述的无电解电容单相逆变器拓扑结构，其特征在于：所述的单相 逆变器为推挽逆变器或全桥逆变器。
5.如权利要求3或4所述的无电解电容单相逆变器拓扑结构的调制方法，其特征在 于： 独立调制单相逆变器和低频纹波抑制模块中的功率开关管： 单相逆变器中的功率开关管的调制方法与现有技术相同； 低频纹波抑制模块中的功率开关管的调制方法如下：采集滤波电路中其中一个电容的 电压，与其设定值进行比较，将所得的电容电压误差值经过比例积分控制器，输出得到一组 控制参数，将此组控制参数与固定频率的三角载波进行比较，形成一组PWM控制参数控制 所述的第五功率开关管T 5与第六功率开关管T6的通断； 其中滤波电路中2个电容的电压设定值Vcl与分别为：
其中，Vmax为输出电压的峰值，ω为工频角频率，t为时间，F(t)为电容中点电压控制 函数，输出电压为滤波电路的输出端电压； F(t) = Vil + Bsin(2(〇( + φ) (16). 其中vd为电容电压直流偏置部分，
L vd〈Vin-B (17), vin为直流侧输入电压，C为滤波电路中一个电容的容值，Iniax为负载电流峰值，B为电 容电压中二倍于输出电压频率部分的幅值，-为电容电压中二倍于输出电压频率部分的相 角。
【文档编号】H02M1/14GK104377948SQ201410577613
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】朱国荣, 马思源, 陈皓, 李小坤, 刘连园, 梁标, 刘芙蓉, 徐应年, 陈伟 申请人:武汉理工大学