專(zhuān)利名稱(chēng)：基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ電子變換器，是ー種將耦合電感置于倍壓整流側(cè)，實(shí)現(xiàn)濾波、如開(kāi)關(guān)、減少占空比丟失等功能的基于耦合電感的模塊型光伏電カ電子變換器，可用于模塊型光伏系統(tǒng)中，還能用于其它新能源逆變環(huán)節(jié)中。
背景技術(shù)：
新能源光伏發(fā)電技術(shù)是目前深受關(guān)注和大力發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。為了盡量提高太陽(yáng)能電池板的效率、滿(mǎn)足光伏發(fā)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活等要求，模塊型光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了越來(lái)越多的重視，成為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。在模塊型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，每塊太陽(yáng)能電池板都配備有光伏變換器以直接輸出滿(mǎn)足負(fù)載需求的交流電，所述系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池板并入和撤離系統(tǒng)都比較容易，能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較靈活。由于在模塊型光伏發(fā)電系統(tǒng)中單塊太陽(yáng)能電池板輸出電壓的等級(jí)低，因此，光伏變換器要具備升壓和逆變兩個(gè)功能，即光伏變換器的DC/DC級(jí)進(jìn)行升壓，DC/AC級(jí)輸出交流電。目前，移相全橋電路是應(yīng)用較多的DC/DC變換器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単， 工作效率高，但是，它存在占空比丟失的問(wèn)題。為了解決這ー問(wèn)題，現(xiàn)有的改進(jìn)方法是，增加開(kāi)關(guān)管等輔助電路，但這樣一來(lái)結(jié)構(gòu)就相對(duì)復(fù)雜了，所述系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，増加了控制方法的復(fù)雜度，不僅增加了成本，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度非常大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，能減少占空比丟失，保證濾波質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)DC/DC級(jí)移相全橋電路的軟開(kāi)關(guān)， 通過(guò)移相的方式使開(kāi)關(guān)管的反并聯(lián)ニ極管續(xù)流，實(shí)現(xiàn)超前臂零電壓開(kāi)關(guān)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種基于耦合電感的模塊型光伏電カ電子變換器，含有太陽(yáng)能電池板、最大功率點(diǎn)跟蹤電路、含有DC/DC移相全橋和DC/AC逆變橋的光伏變換器、負(fù)載和蓄電池，所述太陽(yáng)能電池板具備儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤電路后給蓄電池充電，再經(jīng)光伏變換器升壓和逆變， 最終輸出交流電給負(fù)載；其特征是，將耦合電感置于光伏變換器的DC/DC移相全橋的倍壓整流側(cè)，且在倍壓整流ニ極管支路將兩電感耦合，耦合系數(shù)可根據(jù)電氣性能要求進(jìn)行調(diào)整； 耦合的電感同其后的倍壓整流雙電容支路構(gòu)成雙LC濾波電路，所用電容除倍壓功能外還具有濾波功能；所述變壓器的前級(jí)為全橋電路，采用移相控制方式，通過(guò)耦合電感的電流可折算至變壓器原邊電流，實(shí)現(xiàn)前級(jí)全橋電路的超前橋臂反并聯(lián)ニ極管的續(xù)流功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，即耦合電感實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能；滯后橋臂續(xù)流吋，通過(guò)電感耦合在此區(qū)間快速減少續(xù)流時(shí)間以減少占空比丟失，使耦合電感減少占空比丟失。所述DC/DC移相全橋采用倍壓整流電路以提高升壓比，DC/DC級(jí)輸出經(jīng)SPWM調(diào)制的ェ頻正弦半波電壓，DC/AC逆變橋只需通過(guò)ェ頻逆變橋?qū)φ野氩妷哼M(jìn)行翻轉(zhuǎn)即可輸出交流電(由于DC/AC逆變橋工作在ェ頻，其控制簡(jiǎn)單且開(kāi)關(guān)損耗可以忽略不計(jì)，因此可提高整體變換器的效率)。 本發(fā)明基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的積極效果是
(1)通過(guò)增加耦合電感，減少了占空比丟失現(xiàn)象，同傳統(tǒng)的克服占空比丟失的方法相比，不用增加輔助電路，無(wú)需外加控制電路，減少了電路復(fù)雜度，增加了穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)更加緊湊；
(2)耦合電感完成濾波功能，同倍壓整流電容構(gòu)成雙LC濾波電路，使耦合電感和倍壓整流電容都能完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能，整個(gè)變換器能節(jié)省更多器件；
(3)在前級(jí)全橋電路采用移相控制方法，耦合電感能實(shí)現(xiàn)超前橋臂開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，減少了開(kāi)關(guān)損耗，提高了效率；
(4)變換器前級(jí)DC/DC采用正弦半波調(diào)制，后級(jí)只需就正弦半波翻轉(zhuǎn)構(gòu)成完整的正弦波形，后級(jí)的開(kāi)關(guān)損耗低，控制簡(jiǎn)單；
(5)變換器整體只需增加一個(gè)耦合電感，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高、實(shí)現(xiàn)容易，可應(yīng)用于光伏系統(tǒng)中，還可應(yīng)用在其它新能源系統(tǒng)中。


附圖1是本發(fā)明基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的示意圖附圖2是耦合電感的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是耦合電感的磁芯結(jié)構(gòu)的磁路圖；附圖4是DC/DC級(jí)的高頻工作波形圖；附圖5是開(kāi)關(guān)模態(tài)1 (“ t)的等效電路示意圖
t2)的等效電路示意圖Q的等效電路示意圖k)的等效電路示意圖t5)的等效電路示意圖 6)的等效電路示意附圖6是開(kāi)關(guān)模態(tài)2 Ci1,附圖7是開(kāi)關(guān)模態(tài)3 U2,附圖8是開(kāi)關(guān)模態(tài)4 ( 3，附圖9是開(kāi)關(guān)模態(tài)5 ( 4,附圖10是開(kāi)關(guān)模態(tài)6 ( 5,附圖11是正弦半波移相調(diào)制示意圖；附圖12是DC/AC級(jí)工頻工作波形示意圖；附圖13是耦合前的原邊電流波形示意圖；附圖14是耦合后的原邊電流波形示意圖。
圖中的標(biāo)號(hào)分別為；
1、太陽(yáng)能電池板；2、最大功率點(diǎn)跟蹤電路DC/AC逆變橋；6、負(fù)載；7、蓄電池。
3、光伏變換器；4、DC/DC移相全橋；具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖繼續(xù)介紹本發(fā)明基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的具體實(shí)施方式
，但是，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。參見(jiàn)附圖1。一種基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，含有太陽(yáng)能電池板1、最大功率點(diǎn)跟蹤電路2、由DC/DC移相全橋4和DC/AC逆變橋5構(gòu)成的光伏變換器3、負(fù)載6和蓄電池7，所述太陽(yáng)能電池1板具備儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤電路2后給蓄電池7充電，再經(jīng)光伏變換器3升壓和逆變，最終輸出交流電給負(fù)載6。本發(fā)明的特征結(jié)構(gòu)是從蓄電池7的43-53VDC到負(fù)載6端220VAC的部分。圖1中&表示太陽(yáng)能電池板經(jīng)蓄電池輸出的電壓；
開(kāi)關(guān)管乂-4和為理想開(kāi)關(guān)管，其中Dh和為乂_4寄生二極管和電容；變壓器為理想變壓器，η為匝比，且& /Vs= Is/ iP=n,其中&和Vs為原副邊電壓，iP和is為原副邊電流；
電感Zil和Zi2繞在一個(gè)磁芯上為耦合電感，VLfl和Vif2分別為和Zi2上電壓；二極管和電容Q2構(gòu)成倍壓整流電路，電容Q2上電壓為&，倍壓整流輸出電壓為&，且‘=‘+&2，進(jìn)而達(dá)到倍壓的效果，且G1=Q2, VCrl=VCr2=VK/2 ；輸出交流電壓為V0。將耦合電感置于光伏變換器3的DC/DC移相全橋4的倍壓整流側(cè)，在倍壓整流二極管支路將兩電感耦合，耦合系數(shù)可根據(jù)電氣性能要求進(jìn)行調(diào)整；耦合的電感同其后的倍壓整流雙電容支路構(gòu)成雙LC濾波電路，所用電容除倍壓功能外還具有濾波功能；所述變壓器的前級(jí)為全橋電路，采用移相控制方式，通過(guò)耦合電感的電流可折算至變壓器原邊電流，實(shí)現(xiàn)前級(jí)全橋電路的超前橋臂反并聯(lián)二極管的續(xù)流功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，即耦合電感實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能；滯后橋臂續(xù)流時(shí)，通過(guò)電感耦合在此區(qū)間快速減少續(xù)流時(shí)間以減少占空比丟失，使耦合電感減少占空比丟失。實(shí)施中，所述的DC/DC移相全橋4采用倍壓整流電路以提高升壓比，DC/DC級(jí)輸出經(jīng)SPWM調(diào)制的工頻正弦半波電壓，DC/AC逆變橋5極只需通過(guò)工頻逆變橋?qū)φ野氩妷哼M(jìn)行翻轉(zhuǎn)即可輸出交流電。由于DC/AC逆變橋5工作在工頻，其控制簡(jiǎn)單并且開(kāi)關(guān)損耗可以忽略不計(jì)，因此，變換器的整體效率可得到提高。上述基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的制備步驟可以是(順以介紹附圖2-14，以便對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹)
基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器(1)耦合電感的耦合布置結(jié)構(gòu)
見(jiàn)圖2-耦合電感的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖，電感和繞在EI磁芯的兩個(gè)側(cè)柱上，
!R1、5 和扎為左右兩個(gè)磁柱和中柱的磁阻，Nlfl和為電感和Zi2的匝數(shù)，4>Lfl和
沴μ為電感和^^繞組產(chǎn)生的磁通，且凌皿和是相互增強(qiáng)的，見(jiàn)圖3-耦合電感的磁芯結(jié)構(gòu)的磁路圖，0￡/1和0z/2可表示為
耦合電感電壓Vin和VLf2可表示為
權(quán)利要求
1.一種基于耦合電感的模塊型光伏電カ電子變換器，含有太陽(yáng)能電池板、最大功率點(diǎn)跟蹤電路、含有DC/DC移相全橋和DC/AC逆變橋的光伏變換器、負(fù)載和蓄電池，所述太陽(yáng)能電池板具備儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，經(jīng)最大功率點(diǎn)跟蹤電路后給蓄電池充電，再經(jīng)光伏變換器升壓和逆變，最終輸出交流電給負(fù)載；其特征在于，將耦合電感置于光伏變換器的DC/DC移相全橋的倍壓整流側(cè)，且在倍壓整流ニ極管支路將兩電感耦合，耦合系數(shù)可根據(jù)電氣性能要求進(jìn)行調(diào)整；耦合的電感同其后的倍壓整流雙電容支路構(gòu)成雙LC濾波電路，所用電容除倍壓功能外還具有濾波功能；所述變壓器的前級(jí)為全橋電路，采用移相控制方式，通過(guò)耦合電感的電流可折算至變壓器原邊電流，實(shí)現(xiàn)前級(jí)全橋電路的超前橋臂反并聯(lián)ニ極管的續(xù)流功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，即耦合電感實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能；滯后橋臂續(xù)流吋，通過(guò)電感耦合在此區(qū)間快速減少續(xù)流時(shí)間以減少占空比丟失，使耦合電感減少占空比丟失。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于耦合電感的模塊型光伏電カ電子變換器，其特征在干， 所述DC/DC移相全橋采用倍壓整流電路以提高升壓比，DC/DC級(jí)輸出經(jīng)SPWM調(diào)制的エ頻正弦半波電壓，DC/AC逆變橋只需通過(guò)ェ頻逆變橋?qū)φ野氩妷哼M(jìn)行翻轉(zhuǎn)即可輸出交流電。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，含有太陽(yáng)能電池板、最大功率點(diǎn)跟蹤電路、由DC/DC移相全橋與DC/AC逆變橋構(gòu)成的光伏變換器、負(fù)載和蓄電池，將耦合電感引入到變換器的DC/DC級(jí)移相全橋電路的倍壓整流側(cè)，耦合電感不僅通過(guò)耦合作用快速消減原邊循環(huán)電流進(jìn)而減少占空比丟失，還能保證DC/DC級(jí)移相全橋電路倍壓整流側(cè)輸出的經(jīng)SPWM調(diào)制的工頻正弦半波電壓的濾波效果，能實(shí)現(xiàn)移相全橋電路超前臂零電壓開(kāi)關(guān)；在DC/AC級(jí)經(jīng)工頻逆變橋輸出交流電。本發(fā)明的變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高、實(shí)現(xiàn)容易，不僅可用于光伏系統(tǒng)中，還可用于其它新能源系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK102570830SQ201110436250
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉軍, 張海燕, 胡鵬, 蔣贏(yíng) 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院