低电流应力的光伏微逆变器及其数字控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种低电流应力的光伏微逆变器及其数字控制装置，属于电力电子变 换器及其控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 光伏发电作为可再生能源利用的重要方式之一受到越来越多的重视，光伏电池所 发电能处理分为独立运行方式和并网方式，其中独立运行方式适用于电网难以到达的偏远 地区，系统一般需要配备蓄电池；并网方式的光伏发电系统可以不配备成本较高的蓄电池， 因此被广泛研究。目前，并网方式下的光伏输出电能处理有两种方式，即集中处理和模块化 供电，其中集中处理是将光伏电池进行大规模的串并组合，得到合理的电压，采用集中的变 换器进行能量变换后进行并网；模块化供电将单块光伏电池板与相应的小功率变换器进行 集成，统称为交流模块，其中的小功率变换器就是微逆变器。由于单块光伏电池的输出电压 较低，因此带高频隔离变压器的微逆变器研究较广，按照变换器中间环节直流电压类型，微 逆变器可分为无直流环节微逆变器、有直流环节微逆变器和伪直流环节微逆变器。由于伪 直流环节微逆变器的正弦调制在前级DC/DC变换器中进行，电网侧的逆变器工频工作，极 大的降低了开关损耗，因此目前被广泛研究。
[0003] 虽然伪直流环节微逆变器的前级变换器较多采用反激电路，但反激电路器件电 流、电压应力均较大，存在变压器漏感谐振等问题，且随着单块光伏电池功率越来越大，反 激电路处理的效率越来越低。桥式电路虽然电路结构稍复杂，但其器件电压、电流应力均较 低，且可以方便的配合谐振单元实现器件的软开关，因此将桥式电路应用到微逆变器中有 较光明的前景。
[0004] 全桥降压型微逆变器，高频变压器前级采用有源全桥，变压器后级采用二极管构 成的整流全桥电路，能量缓冲采用单个电感，设计缓冲电感电流工作在断续模式可以实现 器件的零电流开通和零电流关断。但伪直流环节全桥降压型微逆变器存在一个明显的缺 点：为保证电网电压峰值时实现能量由输入端流向输出端，必须保证变压器的升压比较大， 由此带来的问题是在电网电压较低时，变压器前级逆变器以极小的调制比运行，而流向负 载侧的电流相等，那么变压器前级的开关器件承受电流有效值很大，造成损耗偏高。根据这 一问题，可以在变压器前级逆变器之前再增加一级功率变换，实现全桥降压型微逆变器的 输入电压随电网电压变化，但是增加的功率变换级降低了系统效率。
[0005] 因此，建立一种可以不增加功率变换级数、并且实现全桥降压型微逆变器的输入 电压随电网电压波动的电路拓扑和控制策略，对提高微逆变器的效率、提高光伏电池的利 用率、降低系统成本具有积极的意义。
[0006] 因此，寻找不增加变换级数、合理的电路结构和控制策略、保证全桥降压型微逆变 器输入电压随电网电压波动，并通过数字芯片控制实现整个系统的稳定运行是本发明的主 要任务。
【发明内容】
[0007] 发明目的：针对伪直流环节全桥降压型微逆变器在电网电压过零附近时器件电流 应力过大的问题，提出增加升降压变换器复用桥式电路中的一个桥臂，升降压变换器的输 出与光伏电池相串联，控制升降压变换器的输出电压随电网电压波动，保证设计的高频变 压器升压比较小，从而保证伪直流环节全桥降压型微逆变器在电网电压过零附近时器件的 电流应力较小。按照该方案可有效降低器件的电流应力，并提高了系统的变换效率和光伏 电池的利用率。
[0008] 技术方案：一种低电流应力的光伏微逆变器，包括升降压变换器、高频全桥逆变 器、续流开关、能量缓冲电感、变压器、整流器、伪直流环节滤波电容、工频逆变器、并网滤波 电感。其中，升降压变换器以光伏电池输出能量作为输入电源，并包含光伏电池滤波电容 Cpv、升降压电感Lbb、带反并二极管的第一开关管、第二开关管、升降压输出滤波电容C bb;第 一开关管的源极和第二开关管的漏极连接，第一开关管的漏极和升降压输出滤波电容Cbb 的正端连接，第二开关管的源极与光伏电池滤波电容Cpv的负端以及光伏电池的负端连接， 升降压电感L bb的一端连接到第一开关管源极与第二开关管漏极的连接点，升降压电感L BB 的另一端与光伏电池的正端、光伏电池滤波电容Cpv的正端、升降压输出滤波电容Cbb的负端 连接在一起；
[0009] 所述高频全桥逆变器与升降压变换器公用第一开关管、第二开关管，并包含带反 并二极管的第三开关管、第四开关管。其中第三开关管的源极和第四开关管的漏极连接，第 三开关管的漏极与第一开关管的漏极以及升降压输出滤波电容C bb的正端连接，第四开关 管的源极与第二开关管的源极、光伏电池滤波电容Cpv的负端、光伏电池的负端连接；
[0010] 所述续流开关包括带反并二极管的第五开关管、第六开关管；其中第五开关管的 漏极与第六开关管的漏极连接，第五开关管的源极与第一开关管的源极、第二开关管的漏 极、升降压电感L bb的另一端、能量缓冲电感L R的一端连接在一起，第六开关管的源极与第 三开关管的源极、第四开关管的漏极连接在一起；
[0011] 所述整流器包含第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管。第一二极管 的阳极与第二二极管的阴极连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接，第一二极 管的阴极与第三二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第四二极管的阳极连接；
[0012] 所述变压器包含原边绕组与副边绕组，其中原边绕组的同名端与能量缓冲电感Lr 的另一端连接，原边绕组的异名端与第六开关管的漏极、第三开关管的源极、第四开关管的 漏极连接在一起；变压器副边绕组的同名端与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极连接， 副边绕组的异名端与第三二极管的阳极、第四二极管的阴极连接；
[0013] 所述工频逆变器包含第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管，其中第 一晶闸管的阴极、第二晶闸管的阳极与并网滤波电感L g的一端连接，第三晶闸管的阴极、第 四晶闸管的阳极与电网的零线连接；第一晶闸管的阳极、第三晶闸管的阳极、第一二极管的 阴极、第三二极管的阴极与伪直流环节滤波电容匕的正端连接在一起；第二晶闸管的阴极、 第四晶闸管的阴极、第二二极管的阳极、第四二极管的阳极与伪直流环节滤波电容C g的负 端连接在一起；并网滤波电感1^的另一端与电网的火线连接。
[0014] 升降压变换器与高频全桥逆变器共用两个开关管构成的桥臂，在不降低系统性能 的前提下，降低了系统的成本；控制升降压变换器的输出电压随电网电压呈一定规律变化， 并将之作为高频全桥逆变器的输入电源，可以有效降低整个系统中开关器件的电流应力， 提高整个微逆变器系统的效率。
[0015] -种低电流应力的光伏微逆变器的数字控制装置，包括第一电压传感器、第二电 压传感器、第三电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器以及DSP 数字控制器，其中DSP数字控制器包括锁相环、第一减法器、升降压电压调节器、第二减法 器、升降压电流调节器、第一信号调制器、最大功率点跟踪模块、乘法器、高频全桥逆变器调 制比预计算模块、第三减法器、电网电流调节器、加法器、