整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路及控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路及控制系統(tǒng)，電路包括輸入電壓Uin，正弦調(diào)制高頻鏈逆變器、高頻隔離變壓器、同步整流器、工頻逆變器和LCL濾波器?？刂葡到y(tǒng)包括電壓傳感器、電流傳感器以及DSP數(shù)字控制器。其中，正弦調(diào)制高頻鏈逆變器由四個電力MOSFET構(gòu)成；高頻隔離變壓器的原邊和副邊都為單繞組結(jié)構(gòu)；同步整流器由四個絕緣柵雙極型晶體管IGBT及反并二極管組成；工頻逆變器也由四個絕緣柵雙極型晶體管IGBT及反并二極管組成；LCL濾波器由電感L1、L2和電容C組成。本發(fā)明實現(xiàn)了輸入、輸出的高頻電氣隔離，具有體積小、重量輕的優(yōu)點，非常適用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路及控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路及控制系統(tǒng)，屬于電力電子變換器及其控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]化石能源的日益枯竭需要我們尋找合適的可替代能源，太陽能是一種取之不竭的綠色能源，光伏電池發(fā)電是利用太陽能的一種有效方法。而光伏電池輸出電壓受天氣變化影響較大，其波動范圍對有效利用太陽能電力造成了一定的困難。目前，通過并網(wǎng)逆變器將電能直接輸送到電網(wǎng)是一種較為普遍的方法。
[0003]如果采用非電氣隔離的電能變換裝置，由于光伏電池的對地電容作用，變換器為共模電流提供了低阻抗的流通路徑，造成并網(wǎng)電流中含有較大量的漏電流，使得并網(wǎng)電流質(zhì)量不能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前，為了克服并網(wǎng)漏電流的問題，有兩種方法，一個是改善非隔離型并網(wǎng)逆變器的電路結(jié)構(gòu)，另一個是采用高頻隔離的高頻鏈并網(wǎng)逆變器。通過增加開關(guān)管來改善非隔離型并網(wǎng)逆變器的電路結(jié)構(gòu)來降低共模電壓的大小，從而降低漏電流的大小，雖然該方法可以實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的并網(wǎng)，但是由于存在的安全問題和輸入、輸出側(cè)的電壓匹配問題，其應(yīng)用還是受到一定的限制。高頻鏈逆變器實現(xiàn)了光伏電池和電網(wǎng)之間的電氣隔離，切斷了共模電流的流通路徑，高頻變壓器在體積和重量上增加有限，但是解決了輸入、輸出電壓相匹配的問題，因此，高頻鏈逆變器得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]相比于采用反激電路、正激電路構(gòu)成的高頻鏈并網(wǎng)逆變器而言，橋式電路為基本結(jié)構(gòu)的高頻鏈逆變器可以處理更大的功率，因此應(yīng)用也更加廣泛。
[0005]橋式高頻鏈并網(wǎng)逆變器主要有三種結(jié)構(gòu):一、帶高頻隔離的直/直變換器+橋式逆變器；二、高頻逆變器+高頻變壓器+周波變換器；三、高頻逆變器+高頻變壓器+同步整流器+橋式逆變器。
[0006]上述電路結(jié)構(gòu)中，第一種控制方案將不穩(wěn)定的光伏電池所發(fā)電壓經(jīng)高頻隔離得到與輸出電壓相匹配的直流輸出電壓，再經(jīng)橋式逆變器正弦脈寬調(diào)制得到正弦電壓。該方法優(yōu)點是可以優(yōu)化控制，光伏電池的最大功率點跟蹤可以由前級的高頻隔離的直/直變換器來實現(xiàn)，并網(wǎng)電流波形質(zhì)量由后級的橋式逆變器來實現(xiàn)；但是該變換器也存在明顯的缺點，即前級高頻隔離直/直變換器需要質(zhì)量、體積都較大的直流LC濾波器才能得到質(zhì)量較好的直流電，并且，直流濾波電解電容的壽命也成為制約變換器壽命的一個決定因素；此外，該種控制方案中，所有開關(guān)管都工作在高頻狀態(tài)，比較難以實現(xiàn)軟開關(guān)。所有這些特性決定了該控制方案的成本較高，變換器體積、重量較大，變換效率也較低。
[0007]與第一種控制方案相比，第二種控制方案省去了直流電壓環(huán)節(jié)，采用周波變換器直接將高頻交流電變換為工頻交流電，由此也省去了體積、重量較大的直流LC濾波器，變換效率得到了提高；但是，周波變換器采用的是雙向開關(guān)，開關(guān)器件的數(shù)量并未減少，而且，所有開關(guān)管都必須工作在高頻工作，難以進一步提升效率。
[0008]第三種控制方案直接去除第一種方案中的直流LC濾波器，此外，為方便交流側(cè)能量回饋，將高頻隔離的直/直變換器中的二極管整流電路換成全控器件構(gòu)成的同步整流電路。如果正弦調(diào)制在后級的逆變器中執(zhí)行，該控制方案在同步整流器輸出端得到有缺口的高頻直流方波電壓，那么該缺口電壓會對逆變器輸出電壓波形的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，而且，同第二種控制方案一樣，所有開關(guān)器件都工作于高頻，效率難以提高。
[0009]因此，尋找合適的電路結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的調(diào)制策略來改善高頻鏈逆變器的性能，提高效率來實現(xiàn)是非常有必要的，本方案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，本發(fā)明提供一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路及控制系統(tǒng)，提高高頻鏈逆變器的變換效率，降低逆變器的散熱要求，保證高質(zhì)量的輸出特性。
[0011]技術(shù)方案:一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路，包括輸入電壓Uin、正弦調(diào)制高頻鏈逆變器、高頻隔離變壓器、同步整流器、LCL濾波器。
[0012]正弦調(diào)制高頻鏈逆變器包括帶反并二極管的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極連接，且第一開關(guān)管的漏極連接第二開關(guān)管的漏極，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的源極；輸入電源的正極連接在第一開關(guān)管的漏極與第二開關(guān)管的漏極之間；輸入電源的負(fù)極連接在第三開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的源極之間。
[0013]同步整流器包括帶反并二極管的第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管，第五開關(guān)管的發(fā)射極與第七開關(guān)管的集電極連接，第六開關(guān)管的發(fā)射極與第八開關(guān)管的集電極連接，且第五開關(guān)管的集電極連接第六開關(guān)管的集電極，第七開關(guān)管的發(fā)射極連接第八開關(guān)管的發(fā)射極。
[0014]高頻隔離變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，其中變壓器原邊繞組為兩個端子，分別為第一端子、第二端子，變壓器副邊繞組也有兩個端子，分別為第三端子、第四端子，其中變壓器第一端子連接在第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極之間，變壓器第二端子連接在第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極之間；變壓器第三端子連接在第五開關(guān)管的發(fā)射極與第七開關(guān)管的集電極之間，變壓器第四端子連接在第六開關(guān)管的發(fā)射極與第八開關(guān)管的集電極之間。
[0015]工頻逆變器包括帶反并二極管的第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管，第九開關(guān)管的發(fā)射極與第十一開關(guān)管的集電極連接，第十開關(guān)管的發(fā)射極與第十二開關(guān)管的集電極連接，且第九開關(guān)管的集電極連接第十開關(guān)管的集電極，第十一開關(guān)管的發(fā)射極連接第十二開關(guān)管的發(fā)射極。此外，同步整流器和工頻逆變器中，第五開關(guān)管的集電極、第六開關(guān)管的集電極、第九開關(guān)管的集電極、第十開關(guān)管的集電極相互連接在一起；第七開關(guān)管的發(fā)射極、第八開關(guān)管的發(fā)射極、第十一開關(guān)管的發(fā)射極、第十二開關(guān)管的發(fā)射極相互連接在一起。
[0016]LCL濾波器中第一電感的一端與第九開關(guān)管的發(fā)射極、第十一開關(guān)管的集電極連接在一起，第一電感的另一端與濾波電容的一端以及第二電感的一端連接；第二電感的另一端與電網(wǎng)的火線連接；濾波電容的另一端與電網(wǎng)零線、第十開關(guān)管的發(fā)射極以及第十二開關(guān)管的集電極連接在一起。[0017]一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的數(shù)字控制系統(tǒng)，包括電壓傳感器、電流傳感器和DSP數(shù)字控制器；其中DSP數(shù)字控制器包括鎖相環(huán)、減法器、占空比丟失計算、并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器、加法器和信號調(diào)理器組成；
[0018]電壓傳感器的輸入端連接在上述電網(wǎng)的兩端，電流傳感器輸入端與上述第一電感相串聯(lián)；
[0019]電壓傳感器的輸出端接鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)的輸出端接減法器的正輸入端，電流傳感器的輸出端連接到減法器的負(fù)輸入端和占空比丟失計算模塊的輸入端，減法器的輸出端接并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸入端，加法器的兩個輸入端分別接占空比丟失計算模塊的輸出端和并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸出端，加法器的輸出端接信號調(diào)理器的第一端子，信號調(diào)理器的第二端子輸出第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的驅(qū)動信號，信號調(diào)理器的第三端子輸出第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的驅(qū)動信號，信號調(diào)理器的第四端子輸出第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管的驅(qū)動信號。
[0020]整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的數(shù)字控制系統(tǒng)中，首先采用電壓傳感器檢測電網(wǎng)電壓的反饋信號，利用數(shù)字鎖相環(huán)得到與電網(wǎng)電壓同步的并網(wǎng)電流的基準(zhǔn)值，該基準(zhǔn)值的幅值根據(jù)新能源發(fā)電裝置的最大功率跟蹤點得到；采用電流傳感器檢測第一濾波電感電流反饋信號，將鎖相環(huán)所得基準(zhǔn)信號與第一電感電流反饋信號相減，得到并網(wǎng)電流誤差信號，將并網(wǎng)電流誤差信號作為并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸入信號；由于主電路中存在占空比的丟失，為得到高質(zhì)量的輸出波形，根據(jù)逆變器輸出電流估算占空比丟失的大小，然后與并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器輸出信號相加，如此可大大提高并網(wǎng)電流的輸出質(zhì)量。
[0021]有益效果:本發(fā)明正弦調(diào)制在變壓器原邊側(cè)逆變器中執(zhí)行，通過同步整流器得到具有正弦規(guī)律變化的直流脈沖電壓，再經(jīng)過工頻逆變器將脈沖直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電，使用該調(diào)制電路調(diào)制的整流式高頻鏈逆變器中，工頻逆變器中開關(guān)器件工頻開關(guān)，同步整流器、工頻逆變器中所有開關(guān)器件實現(xiàn)了零電壓開關(guān)，高頻逆變器中開關(guān)器件也能在一個工頻周期內(nèi)的大部分工作時間實現(xiàn)零電壓開關(guān)，可極大提高高頻鏈逆變器的效率，降低散熱要求；此外，根據(jù)同步整流器輸出電壓有占空比丟失而引起的輸出電壓波形畸變的現(xiàn)象，根據(jù)逆變器輸出電流的大小預(yù)測占空比丟失的大小，再補償?shù)秸艺{(diào)制波中，可極大的提高逆變器輸出波形的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器及其數(shù)字調(diào)制電路框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例中DSP數(shù)字控制器中的信號調(diào)理器信號調(diào)制的示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時一個開關(guān)周期內(nèi)主要波形圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)0的工作原理圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)I的工作原理圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)2的工作原理圖；
[0028]圖7為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)3的工作原理圖；
[0029]圖8為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)4的工作原理圖；
[0030]圖9為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)5的工作原理圖；[0031]圖10為本發(fā)明實施例在輸出電壓大于0,電感電流大于0時模態(tài)6的工作原理圖；
[0032]圖中符號名稱:Uin~輸入電壓；S1_S12—第一開關(guān)管至第十二開關(guān)管％—高頻隔離變壓器原邊繞組;W2—高頻隔離變壓器副邊繞組；iwl—高頻隔離變壓器原邊輸入電流；uwl—高頻隔離變壓器原邊電壓；iW2—高頻隔離變壓器副邊輸出電流；Uff2—高頻隔離變壓器副邊電壓；uK—同步整流器輸出電壓；ut—工頻逆變器輸出電壓；iu—工頻逆變器輸出電流；11。一高頻鏈逆變器濾波后輸出電壓；Ug—電網(wǎng)電壓；Lp L2, C——LCL濾波器電感、電容值；ugf——電網(wǎng)電壓反饋值；iMf——并網(wǎng)電流參考值；iLf——高頻鏈逆變器輸出電流反饋值——并網(wǎng)電流反饋誤差信號&——占空比丟失補償信號——并網(wǎng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)輸出信號——高頻鏈逆變器正弦調(diào)制信號；usl?usl2——開關(guān)管SI?S12的驅(qū)動信號；I ir|——高頻鏈逆變器輸出控制調(diào)理信號的絕對值
信號；T1CTR?T3CTR-DSP中計時器Tl?T3的計時值；T3PR-DSP中計時器T3的周
期值；CMP1R?CMP2R-DSP中計時器Tl?T2增計時的比較值；CMP1D?CMP2D-DSP
中計時器Tl?T2減計時的比較值。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0034]如圖1所示，整流式高頻鏈逆變器包括輸入電壓Uin,正弦調(diào)制高頻逆變器，高頻隔離變壓器T、同步整流器、工頻逆變器和LCL濾波器，以下將就其相互連接關(guān)系及組成部件進行詳細(xì)說明。
[0035]正弦調(diào)制高頻鏈逆變器采用移相控制方式，移相角度呈正弦規(guī)律變化，包括帶反并二極管的電力M0SFET，標(biāo)號分別為S1-S4，S1的源極與S3的漏極連接，S2的源極與S4的漏極連接，且SI的漏極連接S2的漏極，S3的源極連接S4的源極；輸入電源的正極連接在SI的漏極與S2的漏極之間；輸入電源的負(fù)極連接在S3的源極與S4的源極之間。
[0036]同步整流器采用帶反并二極管的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，標(biāo)號分別為S5_S8，S5的發(fā)射極與S7的集電極連接，S6的發(fā)射極與S8的集電極連接，且S5的集電極連接S6的集電極，S7的發(fā)射極連接S8的發(fā)射極。
[0037]高頻隔離變壓器T包括原邊繞組和副邊繞組，其中變壓器原邊繞組為兩個端子，分別為第I端子、第2端子，變壓器副邊繞組也有兩個端子，分別為第3端子、第4端子，其中變壓器第I端子連接在SI的源極與S3的漏極之間，變壓器第2端子連接在S2的源極與S4的漏極之間；變壓器第3端子連接在S5的發(fā)射極與S7的集電極之間，變壓器第4端子連接在S6的發(fā)射極與S8的集電極之間。
[0038]工頻逆變器采用帶反并二極管的絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成，標(biāo)號分別為S9-S12，S9的發(fā)射極與Sll的集電極連接，SlO的發(fā)射極與S12的集電極連接，且S9的集電極連接SlO的集電極，Sll的發(fā)射極連接S12的發(fā)射極。此外，同步整流器和工頻逆變器T中，S5的集電極、S6的集電極、S9的集電極、SlO的集電極相互連接在一起；S7的發(fā)射極、S8的發(fā)射極、Sll的發(fā)射極、S12的發(fā)射極相互連接在一起。
[0039]LCL濾波器中電感L1的一端與S9的發(fā)射極、Sll的集電極連接在一起，電感L1的另一端與濾波電容C的一端以及電感L2的一端連接；電感L2的另一端與電網(wǎng)的火線連接；濾波電容C的另一端與電網(wǎng)零線、SlO的發(fā)射極以及S12的集電極連接在一起。
[0040]整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的數(shù)字控制系統(tǒng)，包括電壓傳感器、電流傳感器和DSP數(shù)字控制器；其中DSP數(shù)字控制器包括鎖相環(huán)、減法器、占空比丟失計算、并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器、加法器和信號調(diào)理器組成；
[0041]電壓傳感器的輸入端連接在上述電網(wǎng)的兩端，電流傳感器輸入端與上述第一電感相串聯(lián)；
[0042]電壓傳感器的輸出電壓Ugf接鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)的輸出電壓iMf接減法器的正輸入端，來作為并網(wǎng)電流的基準(zhǔn)值；電流傳感器的輸出電壓連接到減法器的負(fù)輸入端作為并網(wǎng)電流閉環(huán)的反饋值，電壓iMf減去電壓、得到并網(wǎng)電流閉環(huán)的誤差電壓i6，16作為并網(wǎng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入電壓，并網(wǎng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出電壓仁2 ;電流傳感器的輸出電壓、作為占空比丟失計算模塊的輸入信號，用來計算占空比丟失大小對應(yīng)信號^ ;將irl與U求和得到高頻鏈逆變器的正弦調(diào)制信號h ;將信號h作為開關(guān)管驅(qū)動信號調(diào)理器的輸入信號，而開關(guān)管驅(qū)動信號調(diào)理器輸出開關(guān)管S1-S12的驅(qū)動信號Usi~usl2。
[0043]圖1中的信號調(diào)理器對應(yīng)的信號調(diào)制示意圖如圖2所示，將調(diào)理信號h取絕對值得到信號I ir I，并將I ir I作為正弦調(diào)制高頻鏈逆變器開關(guān)管驅(qū)動信號的調(diào)制信號數(shù)據(jù)。DSP數(shù)字控制器中，信號調(diào)制共計采用3個計時器T1-T3，這3個計時器同步增、減計時，且周期相同，即T1PR=T2PR=T3PR，T1、T2在增計時的情況下，對應(yīng)的比較寄存器的值為
[0044]CMPlR=0.5Xir(I)
[0045]CMP2R=T2PR-0.5X ir(2)
[0046]T1、T2在減計時的情況下，對應(yīng)的比較寄存器的值為
[0047]CMPlD=T2PR-0.5Xir(3)
[0048]CMP2D=0.5X ir(4)
[0049]如圖2所示，按照(1)-(4)式的調(diào)制方法，得到開關(guān)管S1-S4的驅(qū)動信號，則得到的正弦調(diào)制高頻逆變器的輸出電壓uwl具有正弦波規(guī)律變化的特性的高頻交流電。計時器T3的比較寄存器的值為其周期的一半，得到開關(guān)管S5-S8的驅(qū)動信號，為保證同步整流器正常工作，必須保證在uwl電壓為正時，開關(guān)管S5和S8的驅(qū)動信號為高電平，在uwl電壓為負(fù)時，開關(guān)管S6和S7的驅(qū)動信號為高電平；同步整流器后級的工頻逆變器中，開關(guān)管S9-S12工作在工頻同步狀態(tài)，其工頻換流由調(diào)理信號h的極性所確定，h極性為正時，開關(guān)管S9和S12的驅(qū)動信號保持為高電平，ir極性為負(fù)時，開關(guān)管SlO和Sll的驅(qū)動信號保持為高電平；一定要注意，按照圖2所示信號調(diào)制示意圖，從開關(guān)管S9、S12向開關(guān)管SlO和Sll的時間發(fā)生在計時器T1-T3的計數(shù)值為周期值得一半，此時，變壓器前級正弦調(diào)制高頻逆變器輸出電壓為零。
[0050]本發(fā)明中，整流式高頻鏈逆變器應(yīng)用于并網(wǎng)，正常工作時實現(xiàn)單位功率因數(shù)，即逆變器輸出電壓U。與濾波電感電流iu的極性只有兩種情況，分別是:①iL>0, uo>0 ；d) iL<0,
11?！?。這兩種情況下，能量都是從輸入的直流側(cè)流向電網(wǎng)側(cè)，且這兩種情況電路工作的模態(tài)唯一的區(qū)別在于工頻逆變器的工作狀態(tài)，iL>0,uo>0時，開關(guān)管S9和S12開通，iL<0,uo<0時，開關(guān)管SlO和Sll開通。對`于前級的同步整流器和正弦調(diào)制高頻逆變器的工作狀態(tài)而言，這兩種情況是一致的。鑒于上述原因，以下僅僅將對本發(fā)明對應(yīng)的第一種工作情況進行詳細(xì)分析。
[0051]iL>0,uo>0時，一個開關(guān)周期內(nèi)的波形如圖3所示，在分析電路具體工作模態(tài)時，需要考慮變壓器原邊側(cè)的漏感L以及開關(guān)管S1-S4的結(jié)電容，因此對應(yīng)模態(tài)圖中增加了變壓器原邊繞組的漏感L和開關(guān)管S1-S4的結(jié)電容:
[0052]開關(guān)模態(tài)0 [對應(yīng)圖4]:
[0053]開關(guān)管SI和開關(guān)管S4導(dǎo)通，變壓器原邊電流經(jīng)過S1、變壓器漏感L,、變壓器原邊繞組和S4 ;變壓器副邊電壓為正，副邊電流經(jīng)過同步整流器中開關(guān)管S5、S8的反并二極管，以及工頻逆變器中開關(guān)管S9和S12。
[0054]開關(guān)模態(tài)I [對應(yīng)圖5]:
[0055]t0時刻，開關(guān)管SI關(guān)斷，變壓器的漏感Lp濾波電感L1與開關(guān)管S1、S3的結(jié)電容諧振，由于濾波電感L1值很大，所以開關(guān)管SI兩端電壓線性上升，開關(guān)管S3兩端電壓線性下降，因此SI為零電壓關(guān)斷；變壓器副邊的電流通路與開關(guān)模態(tài)0 —致。
[0056]開關(guān)模態(tài)2 [對應(yīng)圖6]:
[0057]tl時刻，開關(guān)管S3的端電壓下降為0，其反并二極管零電壓導(dǎo)通，變壓器原邊電壓下降為0，其電流跟隨變壓器副邊電流的變化而變化；變壓器副邊的電流流通路徑與開關(guān)模態(tài)I 一樣。注意:在該模態(tài)中，t2時刻，開通S3，則S3為零電壓開通；t3時刻附近，變壓器副邊電路的整流橋開關(guān)管S5、S8與開關(guān)管S6、S7有一段重疊導(dǎo)通的時間，不過iJO，對電路的開關(guān)模態(tài)沒有影響。
[0058]開關(guān)模態(tài)3 [對應(yīng)圖7]:
[0059]t4時刻，S4關(guān)斷，變壓器原邊漏感與開關(guān)管S2與S4的結(jié)電容發(fā)生諧振，S4的端電壓逐漸上升，因此S4為零電壓關(guān)斷。一旦S4關(guān)斷，變壓器電壓變負(fù)，則副邊的S6、S7的反并二極管導(dǎo)通，開關(guān)管S5、S8的反并二極管繼續(xù)導(dǎo)通，變壓器副邊電壓uW2重新被鉗位為0，則S4結(jié)電容的電壓作用在變壓器的漏感L上，變壓器原邊的電流下降，導(dǎo)致開關(guān)管S5、S8的反并二極管中電流下降，而S6、S7的反并二極管中電流逐漸上升。此階段中，變壓器原邊電壓小于零，而變壓器副邊電壓等于零，造成了占空比的丟失。
[0060]開關(guān)模態(tài)4 [對應(yīng)圖8]:
[0061]t5時刻，S2與S4的端電壓分別變?yōu)?與輸入電壓Uin，S2的反并二極管導(dǎo)通。t6時刻，變壓器原邊電流下降為O。在這一段時間中，S2開通，因此S2零電壓開通。這段時間內(nèi)，變壓器副邊占空比繼續(xù)丟失。
[0062]開關(guān)模態(tài)5 [對應(yīng)圖9]:
[0063]t6時刻，變壓器原邊電流下降為0，變壓器副邊整流電路的兩條支路電流相等。此后原邊電流反向增加，但不足以完全提供負(fù)載電流，副邊電路中S6、S7的反并二極管電流開始大于流經(jīng)S5、S8反并二極管的電流。這段時間內(nèi)，變壓器副邊占空比繼續(xù)丟失。
[0064]開關(guān)模態(tài)6 [對應(yīng)圖10]:
[0065]t7時刻，副邊電路中，S5反并二極管的電流變?yōu)?，濾波電感電流L完成從S5反并二極管到S6反并二極管的轉(zhuǎn)換。從17時刻開始，變壓器副邊電壓變負(fù)，占空比丟失終止。
[0066]t8時刻以后，變換器開始下半周期的工作，分析過程類似。
[0067]從上述模態(tài)圖可以看出，從時刻t2到時刻t7，變壓器副邊輸出電壓相對于原邊繞組電壓存在占空比丟失現(xiàn)象，如圖3中的Ad,由于本發(fā)明高頻鏈逆變器中，正弦調(diào)制在變壓器原邊電路中的逆變器中實現(xiàn)，因此，該占空比丟失就會影響到高頻鏈逆變器輸出波形的質(zhì)量，使輸出電壓中含有大量的諧波。為提高本發(fā)明高頻鏈逆變器的輸出電壓質(zhì)量，特在DSP中增加占空比丟失計算模塊，將計算值疊加到電網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸出信號中去，以補償占空比丟失引起的電壓畸變，從而引起并網(wǎng)電流質(zhì)量的下降。占空比丟失計算模塊輸出信號的大小為:
【權(quán)利要求】
1.一種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路，其特征在于:包括輸入電壓Uin、正弦調(diào)制高頻鏈逆變器、高頻隔離變壓器、同步整流器、LCL濾波器。
2.如權(quán)利要求1所述的整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的輸出數(shù)字調(diào)制電路，其特征在于: 所述正弦調(diào)制高頻鏈逆變器包括帶反并二極管的第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極連接，第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極連接，且第一開關(guān)管的漏極連接第二開關(guān)管的漏極，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的源極；輸入電源的正極連接在第一開關(guān)管的漏極與第二開關(guān)管的漏極之間；輸入電源的負(fù)極連接在第三開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的源極之間； 同步整流器包括帶反并二極管的第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管，第五開關(guān)管的發(fā)射極與第七開關(guān)管的集電極連接，第六開關(guān)管的發(fā)射極與第八開關(guān)管的集電極連接，且第五開關(guān)管的集電極連接第六開關(guān)管的集電極，第七開關(guān)管的發(fā)射極連接第八開關(guān)管的發(fā)射極； 高頻隔離變壓器包括原邊繞組和副邊繞組，其中變壓器原邊繞組為兩個端子，分別為第一端子、第二端子，變壓器副邊繞組也有兩個端子，分別為第三端子、第四端子，其中變壓器第一端子連接在第一開關(guān)管的源極與第三開關(guān)管的漏極之間，變壓器第二端子連接在第二開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極之間；變壓器第三端子連接在第五開關(guān)管的發(fā)射極與第七開關(guān)管的集電極之間，變壓器第四端子連接在第六開關(guān)管的發(fā)射極與第八開關(guān)管的集電極之間； 工頻逆變器包括帶反并二極管的第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管，第九開關(guān)管的發(fā)射極與第十一開關(guān)管的集電極連接，第十開關(guān)管的發(fā)射極與第十二開關(guān)管的集電極連接，且第九開關(guān)管的集電極連接第十開關(guān)管的集電極，第十一開關(guān)管的發(fā)射極連接第十二開關(guān)管的發(fā)射極。此外，同步整流器和工頻逆變器中，第五開關(guān)管的集電極、第六開關(guān)管的集電極、第九開關(guān)管的集電極、第十開關(guān)管的集電極相互連接在一起；第七開關(guān)管的發(fā)射極、第八開關(guān)管的發(fā)射極、第十一開關(guān)管的發(fā)射極、第十二開關(guān)管的發(fā)射極相互連接在一起； LCL濾波器中第一電感的一端與第九開關(guān)管的發(fā)射極、第十一開關(guān)管的集電極連接在一起，第一電感的另一端與濾波電容的一端以及第二電感的一端連接；第二電感的另一端與電網(wǎng)的火線連接；濾波電容的另一端與電網(wǎng)零線、第十開關(guān)管的發(fā)射極以及第十二開關(guān)管的集電極連接在一起。
3.—種整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于:包括電壓傳感器、電流傳感器和DSP數(shù)字控制器；其中DSP數(shù)字控制器包括鎖相環(huán)、減法器、占空比丟失計算、并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器、加法器和信號調(diào)理器組成； 電壓傳感器的輸入端連接在上述電網(wǎng)的兩端，電流傳感器輸入端與所述第一電感相串聯(lián)； 電壓傳感器的輸出端接鎖相環(huán)的輸入端，鎖相環(huán)的輸出端接減法器的正輸入端，電流傳感器的輸出端連接到減法器的負(fù)輸入端和占空比丟失計算模塊的輸入端，減法器的輸出端接并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸入端，加法器的兩個輸入端分別接占空比丟失計算模塊的輸出端和并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸出端，加法器的輸出端接信號調(diào)理器的第一端子，信號調(diào)理器的第二端子輸出第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的驅(qū)動信號，信號調(diào)理器的第三端子輸出第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的驅(qū)動信號，信號調(diào)理器的第四端子輸出第九開關(guān)管、第十開關(guān)管、第十一開關(guān)管和第十二開關(guān)管的驅(qū)動信號。
4.如權(quán)利要求2所述的整流式高頻鏈并網(wǎng)逆變器的數(shù)字控制系統(tǒng)，其特征在于: 首先采用電壓傳感器檢測電網(wǎng)電壓的反饋信號，利用數(shù)字鎖相環(huán)得到與電網(wǎng)電壓同步的并網(wǎng)電流的基準(zhǔn)值，該基準(zhǔn)值的幅值根據(jù)新能源發(fā)電裝置的最大功率跟蹤點得到；采用電流傳感器檢測第一濾波電感電流反饋信號，將鎖相環(huán)所得基準(zhǔn)信號與第一電感電流反饋信號相減，得到并網(wǎng)電流誤差信號，將并網(wǎng)電流誤差信號作為并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器的輸入信號；由于主電路中存 在占空比的丟失，為得到高質(zhì)量的輸出波形，根據(jù)逆變器輸出電流估算占空比丟失的大小，然后與并網(wǎng)電流調(diào)節(jié)器輸出信號相加，如此可大大提高并網(wǎng)電流的輸出質(zhì)量。
【文檔編號】H02M7/537GK103618336SQ201310664249
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】吳云亞, 闞加榮, 顧春雷, 姚志壘, 薛迎成, 胡國文, 陳榮 申請人:鹽城工學(xué)院