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专利号: 2021102490611
申请人: 宜宾职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器,其特征在于,包括前级BOOST变换器和后级复合三电平双降压光伏并网逆变器,所述前级BOOST变换器连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器;

所述前级BOOST变换器包括光伏电池阵列PV、直流侧储能电感Ld、功率开关管S7、功率二极管D7,所述光伏电池阵列PV作为光伏直流输入电压源Vin,所述前级BOOST变换器的输出电压Vcc作为后级复合三电平双降压光伏并网逆变器的直流电压源;

其中:所述直流侧储能电感Ld的一端连接所述光伏电池阵列PV的正极,所述直流侧储能电感Ld的另一端连接所述功率二极管D7的阳极,所述功率二极管D7的阴极连接后级复合三电平双降压光伏并网逆变器;所述功率开关管S7并联于光伏电池阵列PV两侧,且所述功率开关管S7的集电极连接所述直流侧储能电感Ld与功率二极管D7阳极的公共端,所述功率开关管S7的发射极连接所述光伏电池阵列PV的负极;

所述后级复合三电平双降压光伏并网逆变器包括直流电压源Vcc,所述直流电压源Vcc为所述前级BOOST变换器的输出电压;还包括支撑电容C1、支撑电容C2、功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率二极管D1、功率二极管D2、功率二极管D3、功率二极管D4、功率二极管D5、功率二极管D6、滤波电感La1、滤波电感La2、滤波电感L、滤波电容Cf和电网电压源ug;

其中,所述支撑电容C1的一端与所述功率二极管D7的负极连接,所述支撑电容C1的另一端与所述支撑电容C2的一端连接,所述支撑电容C2的另一端与所述直流电压源Vcc的负极连接;

所述功率开关管S1的集电极与所述功率二极管D7的阴极连接,所述功率开关管S1的发射极与所述功率二极管D1的阳极连接,所述功率二极管D1的阴极与所述滤波电感La1的一端连接,所述滤波电感La1的另一端与所述功率开关管S2的集电极连接,所述功率开关管S2的发射极与所述功率开关管S3的集电极连接,所述功率开关管S3的发射极与所述功率开关管S4的集电极连接,所述功率开关管S4的发射极与所述直流电压源Vcc的负极连接;

所述功率二极管D6的阳极与所述功率二极管D1的阴极连接,所述功率二极管D6的阴极与所述功率开关管S1的集电极连接;所述功率二极管D5的阳极与所述功率开关管S3的发射极连接,所述功率二极管D5的阴极与所述功率二极管D4的阳极连接,所述功率二极管D4的阴极与所述功率开关管S2的集电极连接;所述功率二极管D4与功率二极管D5的公共端连接所述支撑电容C1与支撑电容C2的公共端;

所述功率开关管S5的集电极与所述功率开关管S1的集电极连接,所述功率开关管S5的发射极与所述功率二极管D2的阳极连接,所述功率二极管D2的阴极与所述滤波电感La2的一端连接且均接地;所述滤波电感La2的另一端与所述功率开关管S6的集电极连接,所述功率开关管S6的发射极与所述功率开关管S4的发射极连接;

所述滤波电感L的一端与所述功率开关管S2的发射极连接,所述滤波电感L的另一端与所述电网电压源ug的一端连接,所述电网电压源ug的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接;

所述滤波电容Cf的一端与所述功率开关管S2的发射极连接,所述滤波电容Cf的另一端与所述功率二极管D2的阴极连接;

所述功率二极管D3的阳极与所述功率开关管S6的集电极连接,所述功率二极管D3的阴极与所述功率开关管S5的集电极连接。

2.如权利要求1所述的一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器的控制方法,其特征在于,该控制方法包括:

通过锁相环电路PLL获取负载电压ug的相位角θ,计算并网电流ig的参考信号iref,iref=Iref×sin(wt+θ);

进行并网电流ig与其参考信号iref的比较,获得ig与iref比较后的偏差值;

根据所述并网电流ig与其参考信号iref的偏差值,通过PI调节器得到调制信号uc;以及采用单极性双载波SPWM调制方法将调制信号uc转换为所述逆变器中功率开关管的驱动信号,从而实现所述逆变器的工作模态控制,即实现负载电压ug与并网电流ig的同相位。

3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig>0,所述功率开关管S1、功率开关管S2和功率开关管S6导通,所述功率开关管S3、功率开关管S4和功率开关管S5关断,则所述前级BOOST变换器的输出电压Vcc、支撑电容C1和支撑电容C2形成正向充电回路,对支撑电容C1和支撑电容C2充电;所述功率开关管S1、功率二极管D1、滤波电感La1、功率开关管S2、滤波电容Cf、滤波电感La2、功率开关管S6和支撑电容C1、支撑电容C2形成正向充电回路,对滤波电容Cf充电,此时桥臂输出电流ig上升;同时,滤波电容Cf对电网电压源ug供电;桥臂输出电压UAG=Vcc,功率开关管S3和功率开关管S4的电压应力为Vcc/2。

4.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig>0,所述功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S6导通,所述功率开关管S1、功率开关管S4、功率开关管S5关断,则所述滤波电容Cf、滤波电感La2、功率开关管S6、支撑电容C2、功率二极管D4和功率开关管S2形成正向放电回路,此时输出端向支撑电容C2回馈能量,桥臂输出电流ig下降;同时滤波电容Cf向电网电压源ug供电;桥臂输出电压UAG=Vcc/2,功率开关管S1的电压应力为Vcc/2。

5.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig>0,所述功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S6导通,所述功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S5关断,则所述前级BOOST变换器的输出电压Vcc对支撑电容C1与支撑电容C2充电,所述滤波电容Cf、滤波电感La2、功率开关管S6、功率开关管S4、功率开关管S3形成正向续流回路,桥臂输出电流ig进一步下降,桥臂输出电压UAG=+0,功率开关管S1和功率开关管S2的电压应力为Vcc/2;同时滤波电容Cf、滤波电感L和电网电压源ug构成正向放电,滤波电容Cf向负载供电。

6.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig<0,所述功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5导通,所述功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S6关断,则所述前级BOOST变换器的输出电压Vcc对支撑电容C1与支撑电容C2充电,所述滤波电容Cf、功率开关管S3、功率开关管S4、支撑电容C2、支撑电容C1、功率开关管S5、功率二极管D2形成反向充电回路,桥臂输出电流ig反向上升,桥臂输出电压UAG=‑Vcc,功率开关管S1和功率开关管S2的电压应力为Vcc/2;同时滤波电容Cf、滤波电感L和电网电压源ug构成反向供电;功率开关管S5、功率二极管D2、滤波电感La2和功率二极管D3形成滤波电感La2的续流通路。

7.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig<0,所述功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S5导通,所述功率开关管S1、功率开关管S4、功率开关管S6关断,则所述滤波电容Cf、功率开关管S3、功率二极管D5、支撑电容C1、功率开关管S5和功率二极管D2形成反向放电回路,桥臂输出电流ig反向下降,同时滤波电容Cf向电网电压源ug供电;桥臂输出电压UAG=‑Vcc/2,功率开关管S1和功率开关管S4的电压应力为Vcc/2。

8.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述逆变器的工作模态控制包括:当检测到桥臂输出电流ig<0,所述功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S5导通,所述功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S6关断,则所述前级BOOST变换器的输出电压Vcc对支撑电容C1与支撑电容C2充电,所述滤波电容Cf、功率开关管S2、滤波电感La1、功率二极管D6、功率开关管S5、功率二极管D2形成反向续流回路,桥臂输出电流ig进一步反向下降,桥臂输出电压UAG=‑0,功率开关管S3和功率开关管S4的电压应力为Vcc/2;同时滤波电容Cf、滤波电感L和电网电压源ug构成反向放电,滤波电容Cf向电网电压源ug供电;所述功率开关管S5、功率二极管D2、滤波电感La2和功率二极管D3形成滤波电感La2的续流通路。

9.如权利要求1所述的一种两级式三电平双降压光伏并网逆变器的控制系统,其特征在于,该系统包括锁相环电路、传感器、计算模块、PI调节器以及单极性双载波调制模块;

所述锁相环电路,用于获取负载电压ug的相位角θ;

所述传感器,用于获取所述负载电流;

所述计算模块,用于计算并网电流ig的参考信号iref,iref=Iref×sin(wt+θ);及进行并网电流ig与其参考信号iref的比较,获得ig与iref比较后的偏差值;

所述PI调节器,用于根据所述并网电流ig与其参考信号iref的偏差值,得到调制信号uc;

所述单极性双载波调制模块,用于将调制信号uc与单极性三角波ur比较,转换为所述逆变器中功率开关管的驱动信号,并输出控制所述逆变器的功率开关管的开闭,实现负载电压ug与并网电流ig的同相位。