一种隔离型单级可升降压逆变器及其使用方法

本发明用于电学，主要涉及到隔离型单级可升降压逆变器及其使用方法。

背景技术：

1、当前，光储充一体化系统技术已经成为能源领域的重要发展方向。该技术将太阳能光伏发电、储能和充电功能整合在一起，实现了能源的高效利用和可持续发展。

2、逆变器作为新能源发电系统的核心部件，承担着将新能源发电端输出的能量进行转换后接入电网的任务。由于新能源发电端受到环境等因素的影响导致电压存在波动，导致传统的只能工作于降压模式的逆变器无法直接与新能源发电端相连，工程上为了解决新能源发电输出电压波动的问题，通常在逆变器前级再加入一级dc/dc变换器，将新能源发电端的电压稳定至逆变器可以正常并网输出的电压范围。两级式级联结构加大了系统的损耗和体积。

3、以光伏为例，由于光伏板与大地之间存在着较大的寄生电容，寄生电容与大地之间构成了新能源发电端-大地-电网回路，回路导致光伏发电系统存在着较大的漏电流，漏电流会导致并网电流畸变，设备外壳带电，严重时可能会危害设备甚至人身安全，对此，工程上通常采用工频隔离变压器隔离发电端与电网的方式来减小系统的漏电流，但是体积笨重的工频变压器会进一步降低系统的功率密度，并降低系统效率。

4、传统的新能源并网系统结构如图3所示，其中包括dc/dc变换器，dc/ac变换器，工频隔离变压器，其中dc/ac变换器只能工作于降压模式。为了保证并网逆变器能正常向电网注入能量，需要保证dc/ac变换器的输入电压在一定的范围之内，必须在只能工作于降压模式的dc/ac变换器之前加入一级dc/dc变换器，同时为了实现新能源端与电网端的隔离，要在dc/ac变换器与电网之间加入工频的隔离变压器，这样才能保证新能源并网发电系统的可靠性与安全性，但是整套系统的效率由于前级dc/dc变换器和工频隔离变压器的存在而大大降低，系统的体积也变得臃肿。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种隔离型单级可升降压逆变器及其使用方法。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案进行实现：

3、一种隔离型单级可升降压逆变器，包括变压器 t，变压器 t的励磁电感 l m的同名端电连接第一半导体开关器件 s 1的源极和第三半导体开关器件 s 3的集电极，异名端电连接第二半导体开关器件 s 2的源极和第四半导体开关器件 s 4的集电极；第三半导体开关器件 s 3的发射极和第四半导体开关器件 s 4的发射极均电连接新能源电源输入端的一端和第一电容 c 1的一端，第一半导体开关器件 s 1的漏极和第二半导体开关器件 s 2的漏极均电连接新能源电源输入端的另一端和第一电容 c 1的另一端；

4、变压器 t的副边线圈的同名端电连接第五半导体开关器件 s 5的漏极，异名端电连接第六半导体开关器件 s 6的漏极；第五半导体开关器件 s 5的源极电连接储能电容 c e的一端并通过滤波器电连接负载 r l的一端；第六半导体开关器件 s 6的源极电连接储能电容 c e的另一端、滤波器和负载 r l的另一端。

5、进一步的改进，所述第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2、第五半导体开关器件 s 5和第六半导体开关器件 s 6为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。

6、进一步的改进，所述第三半导体开关器件 s 3和第四半导体开关器件 s 4为三极管。

7、进一步的改进，所述滤波器包括输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o；第五半导体开关器件 s 5的源极电连接输出滤波电感 l o的一端，输出滤波电感 l o的另一端电连接输出滤波电容 c o的一端和负载 r l的一端，第六半导体开关器件 s 6的源极电连接输出滤波电容 c o的另一端。

8、进一步的改进，所述励磁电感的电感取值范围如下：

9、；其中，为逆变器直流端最大输入电压，为电感电流纹波最大值，为逆变器高频管开关频率， d为逆变器高频开关管的占空比， g为逆变器增益，为负载阻值，为变换器效率；

10、储能电容的容值取值范围如下：

11、；

12、其中，为 逆变器最大输出电压，为储能电容两端允许的电压纹波，为逆变器高频管开关频率;

13、滤波器截止频率范围为：

14、

15、其中，为逆变器输出频率；

16、输出滤波电容的容值 c的取值范围：

17、

18、为输出滤波电感最小取值， q为逆变器滤波网络品质因数，为输出滤波电感最大取值 。

19、一种隔离型单级可升降压逆变器的使用方法，所述隔离型单级可升降压逆变器如上所述，包括如下步骤：

20、所述隔离型单级可升降压逆变器工作于dcm模式，在一个单相交流输出周期内，工作模式共分为六种，在输出电压正半波时，工作模式依次为模式4、模式5和模式6；在输出电压负半波时，工作模式为依次为模式1、模式2和模式3；输出电压正负半波对称运行，第一半导体开关器件 s 1和第二半导体开关器件 s 2的开关频率为 f sw，开关周期为 t sw，第五半导体开关器件 s 5和第三半导体开关器件 s 3开关信号相同，第四半导体开关器件 s 4和第六半导体开关器件 s 6开关信号相同，第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2、第三半导体开关器件 s 3、第四半导体开关器件 s 4、第五半导体开关器件 s 5和第六半导体开关器件 s 6的占空比为d，d大于0且小于1，模式1和模式4工作区间为d t sw，则模式2、模式3、模式5和模式6工作区间之和为1-d t sw 。

21、逆变器工作于模式1时：第一半导体开关器件 s 1、第四半导体开关器件 s 4和第六半导体开关器件 s 6导通，第二半导体开关器件 s 2、第三半导体开关器件 s 3和第五半导体开关器件 s 5关断，输入电源通过第一半导体开关器件 s 1和第四半导体开关器件 s 4向励磁电感 l m充电，此时励磁电感 l m储能，储能电容 c e存储的能量经过由输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的低通滤波器向负载 r l供电 ；

22、逆变器工作于模式2时：第四半导体开关器件 s 4、第五半导体开关器件 s 5和第六半导体开关器件 s 6导通，第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2和第三半导体开关器件 s 3关断；励磁电感 l m存储的能量经过变压器 t，第五半导体开关器件 s 5和第六半导体开关器件 s 6，储能电容 c e，输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的滤波器向负载 r l供电，变压器副边端口电压与原边变压器端口电压方向相反；

23、逆变器工作于模式3时：模式2情况下，当励磁电感 l m存储的能量完全释放，第四半导体开关器件 s 4和第五半导体开关器件 s 5导通，开关器件第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2和第三半导体开关器件 s 3和第六半导体开关器件 s 6关断，变换器由模式2转为模式3，储能电容 c e存储的能量经过由输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的低通滤波器向负载 r l供电。

24、进一步的改进，所述逆变器工作于模式4时：第二半导体开关器件 s 2、第三半导体开关器件 s 3和第五半导体开关器件 s 5导通，第一半导体开关器件 s 1、第四半导体开关器件 s 4和第六半导体开关器件 s 6关断，输入电源通过第二半导体开关器件 s 2和第三半导体开关器件 s 3向励磁电感 l m充电，此时励磁电感 l m储能，储能电容 c e存储的能量经过由输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的低通滤波器向负载 r l供电；

25、逆变器工作于模式5时：第三半导体开关器件 s 3、第五半导体开关器件 s 5和第六半导体开关器件 s 6导通，第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2和第四半导体开关器件 s 4关断，励磁电感 l m存储的能量经过变压器 t，第五半导体开关器件 s 5、第六半导体开关器件 s 6、储能电容 c e以及输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的低通滤波器向负载 r l供电，变压器副边端口电压与变压器原边端口电压方向相反；

26、逆变器工作于模式6时：模式5情况下，当励磁电感 l m存储的能量完全释放，第三半导体开关器件 s 3和第六半导体开关器件 s 6导通，第一半导体开关器件 s 1、第二半导体开关器件 s 2、第四半导体开关器件 s 4、第五半导体开关器件 s 5关断，变换器由模式5转为模式6，励磁电感 l m存储的能量完全释放，储能电容 c e存储的能量经过由输出滤波电感 l o和输出滤波电容 c o组成的低通滤波器向负载 r l供电。

27、本发明与现有方法相比，具有以下优点：

28、本发明的逆变器具有隔离和升降压功能，可将光伏输出直接接入逆变器，无需额外添加一级dc/dc变换器，新能源发出的能量经过升降压变换器的高频隔离之后直接接入交流电网，省去了中间的dc/dc变换器和体积笨重的工频隔离变压器，简化了新能源发电并网系统结构，逆变器输出不受新能源功率波动的影响，可以实现稳定的输出，并且实现了发电端与电网端的电气隔离，降低了系统的漏电流，提高了系统的安全性与稳定性，系统运行效率高。