高頻隔離dc/ac逆變器電路以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子變換器領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種高頻隔離DC/AC逆變器電路W及 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境和能源問題在全球范圍內(nèi)成為焦點(diǎn)，分布式發(fā)電的發(fā)展前景廣闊，其中 DC/AC逆變技術(shù)在分布式發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣泛。所謂DC/AC逆變技術(shù)是實(shí)現(xiàn)直流電能到 交流電能的轉(zhuǎn)換，可W從蓄電池、太陽能電池等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負(fù)載 對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。根據(jù)DC/AC逆變器輸出交流電能去向的不同，所有逆變電路 又分為有源逆變和無源逆變兩種，前者W電網(wǎng)交流電源為負(fù)載，主要應(yīng)用于光伏、儲(chǔ)能或風(fēng) 力發(fā)電并網(wǎng)逆變器等，將逆變輸出的交流電能回送到電網(wǎng)，后者則W無源器件為負(fù)載，應(yīng)用 場(chǎng)合包括交流電機(jī)傳動(dòng)、不間斷電源(UPS)等。在一些場(chǎng)合通常要求DC/AC逆變器為保證用 電安全性，引入隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)直流輸入側(cè)與交流輸出側(cè)的電氣隔離。根據(jù)變壓器工作 頻率的不同，隔離型DC/AC逆變器可W分為:工頻隔離型和高頻隔離型。工頻變壓器具有體 積大、重量重等缺點(diǎn)，同時(shí)工頻變壓器的存在也給逆變器帶來較大的損耗，增加了發(fā)電系統(tǒng) 的成本和運(yùn)輸、安裝的難度。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻鏈逆變技術(shù)采用高頻變壓器代 替工頻變壓器進(jìn)行隔離，顯著提高了逆變器系統(tǒng)的功率密度，減小了體積和重量。隨著高頻 鏈技術(shù)和器件的發(fā)展，高頻隔離型逆變器的效率也在不斷提高。
[0003] 傳統(tǒng)高頻隔離型DC/AC逆變器主要有S種結(jié)構(gòu):一、典型高頻隔離DC/DC變換器加 典型全橋DC/AC高頻逆變器;二、高頻隔離DC/DC變換器加全橋DC/AC工頻逆變器;S、全橋高 頻逆變橋加周波變換器。
[0004] 第一種結(jié)構(gòu)方案具體表現(xiàn)為：電路由全橋高頻逆變橋、二極管整流橋、直流支撐濾 波電容、高頻全橋逆變器、交流濾波電路等組成，在本質(zhì)上可W分為DC-HFAC高頻逆變， HFAC-DC高頻整流和DC-LFAC正弦調(diào)制S級(jí)變換，該結(jié)構(gòu)具有中間直流環(huán)節(jié)，由直流濾波電 容將電路解禪為兩部分，前半部分可W采用典型DC/DC變換器及其控制，后半部分可W采用 典型DC/AC逆變器及其控制。由于有中間直流環(huán)節(jié)的存在，使控制上相對(duì)簡(jiǎn)單、獨(dú)立、無禪 合，但是中間直流電容增加了系統(tǒng)損耗、體積、重量，縮短了系統(tǒng)壽命，降低系統(tǒng)運(yùn)行可靠 性。同時(shí)電路中所有開關(guān)器件均工作在高頻狀態(tài)，開關(guān)損耗較大，降低了系統(tǒng)效率。另外，電 能的多級(jí)變換導(dǎo)致電路中開關(guān)器件數(shù)量多、損耗大、變換效率較低。
[0005] 第二種結(jié)構(gòu)方案是在第一種結(jié)構(gòu)方案基礎(chǔ)上加 W改進(jìn)，具體表現(xiàn)為電路由全橋高 頻逆變橋、二極管整流器、LC濾波器、工頻全橋逆變器組成，與第一種不同之處在于該結(jié)構(gòu) 將高頻逆變和正弦調(diào)制功能集中由變壓器前級(jí)高頻全橋逆變橋來實(shí)現(xiàn)，可W使后級(jí)DC-AC 逆變器工作在工頻狀態(tài)，減小了開關(guān)損耗，同時(shí)也省去了體積大、耐久性差的電解電容。但 是該結(jié)構(gòu)仍然存在中間直流環(huán)節(jié)，電能也是=級(jí)變換，開關(guān)器件數(shù)目較多，系統(tǒng)效率沒有明 顯提局。
[0006] 第蘭種方案在變壓器副邊采用周波變換器的結(jié)構(gòu)形式，省去了中間直流側(cè)電解電 容。該方案在本質(zhì)上由前級(jí)實(shí)現(xiàn)DC-HFAC高頻逆變，經(jīng)高頻變壓器隔離，后級(jí)實(shí)現(xiàn)HFAC-LFAC，直接將高頻交流電化FAC)變換為工頻交流電(LFAC)，系統(tǒng)變換效率相對(duì)提高。但也存 在類似矩陣變換器的缺點(diǎn)，如副邊AC-AC變換控制復(fù)雜，變壓器漏感出現(xiàn)斷續(xù)，副邊需要4個(gè) 雙向開關(guān)，開關(guān)數(shù)量多、損耗大，效率很難進(jìn)一步提高。
[0007] 綜上所述，在現(xiàn)有高頻隔離型DC-AC逆變器中，由于帶有中間直流環(huán)節(jié)，導(dǎo)致電能 變換級(jí)數(shù)多、電路拓?fù)鋸?fù)雜、開關(guān)管數(shù)量多、開關(guān)損耗大、系統(tǒng)效率較低等問題，限制了高頻 隔離型DC-AC逆變器的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種高頻隔離DC/AC逆變器電路W及控制方法，電路拓?fù)?相對(duì)比較簡(jiǎn)單。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0010] -種高頻隔離DC/AC逆變器電路，包括：
[0011] 連接的前級(jí)的高頻鏈逆變電路、高頻隔離變壓器Ti、后級(jí)的交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電 路、漏感Lk;
[0012] 所述高頻鏈逆變電路用于，將輸入的直流電壓Ud變換為高頻電壓脈沖；
[0013] 所述高頻隔離變壓器用于，將所述高頻電壓脈沖傳輸?shù)剿鼋诲e(cuò)并聯(lián)交流變換電 路；
[0014] 所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路用于，將所述高頻隔離變壓器傳輸?shù)乃龈哳l電壓脈 沖變換為工頻交流電壓UO。
[0015] 所述高頻鏈逆變電路的第一輸入端連接輸入的直流電壓Ud;所述高頻鏈逆變電路 的第二輸入端連接地；
[0016] 所述高頻隔離變壓器Tl包括:原邊繞組和副邊繞組；
[0017] 所述原邊繞組的第一端子連接所述高頻鏈逆變電路的第一輸出端;所述原邊繞組 的第二端子連接所述高頻鏈逆變電路的第二輸出端；
[0018] 所述副邊繞組的第=端子經(jīng)漏感Lk連接所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第一輸入 端;所述副邊繞組的第四端子連接所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第二輸入端；
[0019] 所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第一輸出端輸出工頻交流電壓U。;所述交錯(cuò)并聯(lián)交 流變換電路的第二輸出端接地。
[0020] -種高頻隔離DC/AC逆變器電路，包括：
[0021] 連接的前級(jí)的高頻鏈逆變電路、高頻隔離變壓器Ti、后級(jí)的交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電 路、漏感Lk;
[0022] 所述高頻鏈逆變電路用于，將輸入的直流電壓Ud變換為高頻電壓脈沖；
[0023] 所述高頻隔離變壓器用于，將所述高頻電壓脈沖傳輸?shù)剿鼋诲e(cuò)并聯(lián)交流變換電 路；
[0024] 所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路用于，將所述高頻隔離變壓器傳輸?shù)乃龈哳l電壓脈 沖變換為工頻交流電壓U。。
[0025] 所述高頻鏈逆變電路的第一輸入端連接輸入的直流電壓Ud;所述高頻鏈逆變電路 的第二輸入端連接地；
[00%]所述高頻隔離變壓器Tl包括:原邊繞組和副邊繞組；
[0027]所述高頻鏈逆變電路的第一輸入端連接輸入的直流電壓Ud;所述高頻鏈逆變電路 的第二輸入端連接地；
[00%]所述高頻隔離變壓器Tl包括:原邊繞組和副邊繞組；
[0029] 所述原邊繞組的第一端子經(jīng)所述漏感化連接所述高頻鏈逆變電路的第一輸出端； 所述原邊繞組的第二端子連接所述高頻鏈逆變電路的第二輸出端；
[0030] 所述副邊繞組的第=端子連接所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第一輸入端;所述副 邊繞組的第四端子連接所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第二輸入端；
[0031] 所述交錯(cuò)并聯(lián)交流變換電路的第一輸出端輸出工頻交流電壓U。;所述交錯(cuò)并聯(lián)交 流變換電路的第二輸出端接地。
[0032] -種高頻隔離DC/AC逆變器電路的控制方法，包括：
[0033] 對(duì)前級(jí)的所述高頻鏈逆變電路的開關(guān)管采用正弦波脈寬脈位SPWPM調(diào)制方式，對(duì) 后級(jí)的所述交錯(cuò)并聯(lián)變換電路的四個(gè)開關(guān)管采用與前級(jí)互補(bǔ)的高頻脈沖模式；
[0034] 或者，對(duì)前級(jí)的所述高頻鏈逆變電路采用正弦波脈寬脈位SPWPM調(diào)制方式，對(duì)后級(jí) 的所述交錯(cuò)并聯(lián)變換電路的四個(gè)開關(guān)管采用高頻和工頻交替脈沖模式。
[0035] 由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實(shí)施例中，在高頻變壓 器副邊采用兩支路交錯(cuò)并聯(lián)型電路結(jié)構(gòu)，將原邊輸入直流電壓逆變?yōu)楦哳l交流，經(jīng)變壓器 隔離后，再將高頻交流直接變換為低頻交流，電能只經(jīng)過兩級(jí)變換。省去了中間直流環(huán)節(jié)， 將高頻交流電壓直接變換為低頻交流電壓。新型電路具有體積小、重量輕、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 優(yōu)點(diǎn)。
[0036] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，運(yùn)些將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0037] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。
[0038] 圖1為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器主電路圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器SPWPM控制原理圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io〉0時(shí)驅(qū)動(dòng) 脈沖波形圖；
[0041] 圖4a為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io〉0時(shí)工 作模態(tài)1;
[0042] 圖4b為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io〉0時(shí)工 作模態(tài)2;
[0043] 圖4c為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io〉0時(shí)工 作模態(tài)3;
[0044] 圖4d為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io〉0時(shí)工 作模態(tài)4;
[0045] 圖5為本發(fā)明一種新型無中間直流環(huán)節(jié)高頻隔離DC/AC逆變器在uo〉0、io<0時(shí)驅(qū)動(dòng) 脈沖波形圖；
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