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一种逆变电源装置

鏃ユ湡;2019-09-26  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

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  目前,在光伏发电领域,还是以一体式并网发电为主。光伏并网发电系统通过并网逆变器将太阳能电池板的直流电转换成与电网电压同频、同相的交流电并输送给电网,因此,并网逆变器是光伏并网发电系统的核心设备,它的可靠性、高效性和安全性会影响到整个发电系统,直接关系到电站发电量及运行稳定。

  光伏并网微逆变器(简称微逆变器)与单个光伏组件相连,可以将光伏组件输出的直流电直接变换成交流电并传输到电网,并保证输出电流与电网电压频率、相位完全一致。在两级式光伏并网发电系统中,并网逆变器只需进行逆变控制,光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)由前级DC/DC变换器完成,并网逆变器通过控制DC/DC变换器的输出电压实现系统功率平衡。

  在现有技术中,微逆变器拓扑结构大部分以反激式前级结合后级工频换向来实现,如图1所示。其中,前级中的开关管Q1通过软开关进行控制,后级中的四个开关管T1-T4工频切换将电容C1端能量传输到电网,图2是图1所示微逆变器中间电容C1两端的电压波形。

  由图2可以看出,传统微型逆变器前级反激式电路输出的不是恒定的直流电,无法实现无功调节。另外,在这种结构的微逆变器中,变压器T不仅要用于储能,而且还要用于传输能量,因此需要开气隙,故前级反激式电路无法将功率做大,即使功率做大,效率也很低。而且,为了实现软开关,不仅需要选用较高性能的控制器,而且设计上比较复杂,有时还需要增加一些辅助电路。

  本发明实施例针对上述现有技术存在的问题,提供一种逆变电源装置,在保证能量转换效率的情况下,降低控制的复杂度,方便功率扩容。

  一种逆变电源装置,用于将直流电源输出的直流电转换成交流电,包括前级电流馈电电路和后级逆变电路,所述电流馈电电路包括:依次串接的全桥变换器、隔离变压器和整流电路;所述后级逆变电路为单BUCK逆变电路。

  优选地,所述全桥变换器包括:第一电感、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件;

  第一电感的第一端连接所述直流电源的正端,第一电感的第二端连接第一开关器件的第一端和第三开关器件的第一端,第二开关器件的第二端和第四开关器件的第二端连接所述直流电源的负端;

  第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端一起连接到所述隔离变压器的原边的同名端,第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端一起连接到所述隔离变压器的原边的异名端。

  优选地,所述第一开关器件和第四开关器件以第一脉冲信号触发动作,第二开关器件和第三开关器件以第二脉冲信号触发动作,所述第一脉冲信号和所述第二脉冲不同,并且在任意时刻,所述第一开关器件和第二开关器件中有至少一个导通。

  优选地,所述整流电路为全波整流电路,包括:四个二极管,其中第一二极管的阳极和第三二极管的阴极一起连接到所述隔离变压器的副边的同名端,第二二极管的阳极和第四二极管的阴极一起连接到所述隔离变压器的副边的异名端;

  第一二极管的阴极与第二二极管的阴极相连并作为所述电流馈电电路的第一输出端;

  第三二极管的阳极与第四二极管的阳极相连并作为所述电流馈电电路的第二输出端。

  优选地,所述单BUCK逆变电路包括:依次串接的储能电路、BUCK电路和全桥逆变电路;

  所述储能电路,连接在所述电流馈电电路的两个输出端之间,用于滤除所述电流馈电电路输出电压中的高频分量;

  所述BUCK电路,用于将所述电流馈电电路输出的直流电压转换为较低的直流电压并输出;

  优选地,所述BUCK电路包括:第九开关器件、第五二极管和第二电感,其中,第九开关器件的第一端连接所述电流馈电电路的第一输出端,第九开关器件的第二端连接第五二极管的阴极和第二电感的第一端;第五二极管的阳极连接所述电流馈电电路的第二输出端;第二电感的第二输出端作为所述BUCK电路的输出端连接到所述全桥逆变电路。

  第五开关器件的第一端和第六开关器件的第一端一起连接到所述BUCK电路的输出端;

  第七开关器件的第二端和第八开关器件的第二端一起连接到所述第五二极管的阳极;

  第五开关器件的第二端与第七开关器件的第一端相连作为所述逆变电源装置的一个输出端,第六开关器件的第二端与第八开关器件的第一端相连作为所述逆变电源装置的另一个输出端。

  优选地,在一个工作周期内的前半周期,第九开关器件以高频脉冲信号触发动作,第五开关器件和第八开关器件导通,第六开关器件和第七开关器件关断;在一个工作周期内的后半周期,第九开关器件以所述高频脉冲信号触发动作,第五开关器件和第八开关器件关断,第六开关器件和第七开关器件导通。

  滤波电路,连接在所述BUCK电路的输出端和所述第五二极管的阳极之间,用于滤除所述BUCK电路输出的直流电压中的高频分量。

  本发明实施例提供的逆变电源装置,采用前级全桥馈电和后级单Buck加全桥逆变的两级拓扑结构,不仅适用于微逆变器的应用场合,而且还适用于小功率带隔离应用的场合。前级采用电流馈电方式,相对于现有技术中反激式前级拓扑结构而言,更利于功率扩容。而且,前级电流馈电拓扑结构中的开关器件不需要考虑直通的问题,无需死区控制,不仅控制更简单,而且由于具有瞬时阻抗很高的电感的存在,使得开关器件可以实现零电压导通和关断,减少了开关损耗,提高了整体效率。

  为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。

  图5是本发明实施例中开关器件S1至S4的驱动波形及电感电流及变压器原边电压电流波形示意图;

  图6是本发明实施例中前级电流馈电电路在图5所示驱动信号下第一阶段时的电流回路示意图;

  图7是本发明实施例中前级电流馈电电路在图5所示驱动信号下第二阶段时的电流回路示意图;

  图8是本发明实施例中前级电流馈电电路在图5所示驱动信号下第三阶段时的电流回路示意图;

  图9是本发明实施例中前级电流馈电电路在图5所示驱动信号下第四阶段时的电流回路示意图;

  图10是本发明实施例中后级逆变电路工作过程中各开关器件的驱动信号示意图;

  图11是本发明实施例中后级逆变电路在电网电压正半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图;

  图12是本发明实施例中后级逆变电路在电网电压正半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图;

  图13是本发明实施例中后级逆变电路在电网电压负半周期PWM脉冲触发导通时的电流回路示意图;

  图14是本发明实施例中后级逆变电路在电网电压负半周期PWM脉冲关断时的电流回路示意图。

  为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案,下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

  该逆变电源装置用于将直流电源30输出的直流电转换成交流电,包括前级电流馈电电路31和后级逆变电路32。其中,所述电流馈电电路31包括:依次串接的全桥变换器311、隔离变压器312和整流电路313;所述后级逆变电路32具体为单BUCK逆变电路。

  在该实施例中,电流馈电电路31中的全桥变换器包括:第一电感L1、第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3和第四开关器件S4。其中:

  第一电感L1的第一端连接所述直流电源30的正端,第一电感L1的第二端连接第一开关器件S1的第一端和第三开关器件S3的第一端,第二开关器件S2的第二端和第四开关器件S4的第二端连接所述直流电源30的负端。

  第一开关器件S1的第二端与第二开关器件S2的第一端一起连接到隔离变压器T的原边的同名端,第三开关器件S3的第二端与第四开关器件S4的第一端一起连接到隔离变压器T的原边的异名端。

  在该实施例中,电流馈电电路31中的整流电路为全波整流电路,包括:四个二极管,分别是第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。其中:


 
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