一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器的制造方法
一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，属于电力电子变换与智能电网领域。
【背景技术】
[0002]太阳能的利用是缓解全球能源紧缺与环境污染问题的重要途径，光伏发电就是近年来研宄的热点之一。采用目前成熟的电力电子变流技术可将太阳能转换成电能，进而实现电压变换与功率控制。
[0003]另一方面，随着电力电子技术的发展和电力电子装置的普及应用，高性能、高效率和高功率密度成为电力电子装置的主要需求。为了实现这个目标，功率变换器必须运行在更高的开关频率，但高频化将恶化变换器的电磁兼容水平和降低系统效率。此外，开关损耗的增加将势必导致散热器体积及重量的增加，限制变换器功率密度的进一步提高。
【发明内容】
[0004]在现有技术的基础上，本实用新型公开了一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM逆变桥开关器件提供零电压开关条件。PWM逆变桥的开关器件在PWM逆变桥的输入电压为零电压期间关断或开通，功率器件开关时无电压和电流的重叠，从而降低了开关损耗。利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振，使PWM逆变桥的输入电压周期性下降到零，实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换，辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关，二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外，逆变器的主开关和辅助开关都可以实现软开关，所有开关器件承受的电压都不超过直流侧储能电容电压，而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次，降低了辅助谐振电路的损耗，提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；B00st升压电路包括光伏侧储能电容CpB00St升压电感LpB00St升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件Sal、Sa2、Sa3及其各自的反并联二极管D al、Da2, Da3，变压器的原副边绕组匝数比为l:n ;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6以及它们各自的反并联二极管D^D6组成，且六个开关器件S 集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容C s;光伏阵列与光伏侧储能电容Ctl并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感L ^相连，Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件S ^的集电极、Boost升压电路二极管D ^的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、辅助开关器件S al的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件Sa2的集电极、反并联二极管Da2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件Stl的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D2的阳极、开关器件S 4的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D6的阳极相连，辅助开关器件S a2的发射极与反并联二极管D a2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件集电极、反并联二极管01的阴极、开关器件&的集电极、反并联二极管D 3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管Da3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管D i的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D4的阴极相连，开关器件S 5的发射极与反并联二极管D 5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
[0006]本实用新型的有益效果是:1、利用辅助谐振电路中变压器的漏电感与谐振电容的谐振，实现PWM逆变桥的输入电压周期性下降到零；2、无串联分压电容，无中性点电位的变化问题；3、逆变器的主开关和辅助开关都可以实现软开关，而且承受的电压不超过直流侧储能电容电压；4、PWM逆变桥在工作过程不需要短路，零电压持续时间不依赖于负载电流和谐振参数，其零电压持续时间可以根据需要任意选择；5、对谐振电路工作过程的控制不需要设定和负载有关的电感电流阈值；6、提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0008]图2为本实用新型等效电路图。
[0009]图3为本实用新型工作模态I示意图。
[0010]图4为本实用新型工作模态2示意图。
[0011]图5为本实用新型工作模态3示意图。
[0012]图6为本实用新型工作模态4示意图。
[0013]图7为本实用新型工作模态5示意图。
[0014]图8为本实用新型工作模态6示意图。
[0015]图9为本实用新型工作模态7示意图。
[0016]图10为本实用新型工作模态8示意图。
【具体实施方式】
[0017]图1所示为采用变压器辅助谐振的光伏逆变器拓扑结构示意图，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Cc^Boost升压电感LpBoost升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件&1、5^533及其各自的反并联二极管0^0&、0^变压器的原副边绕组匝数比为l:n;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6W及它们各自的反并联二极管D !-D6组成，且六个开关器件S1-SfJ^集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容cs;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感Lci相连，Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件S C1的集电极、Boost升压电路二极管D C1的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、辅助开关器件S al的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件Sa2的集电极、反并联二极管Da2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S (!的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D 2的阳极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D 6的阳极相连，辅助开关器件Sa2的发射极与反并联二极管Da2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D i的阴极、开关器件S 3的集电极、反并联二极管D3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管D a3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S ^勺发射极与反并联二极管D1的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
[0018]Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM逆变桥开关器件提供零电压开关条件。PWM逆变桥的开关器件在PWM逆变桥的输入 电压为零电压期间关断或开通，功率器件开关时无电压和电流的重叠，从而降低了开关损耗。
[0019]为简化分析，做如下假设:1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列和Boost升压电路等效为一直流电源E ;2、负载电感远大于谐振电感，PWM逆变桥开关状态过渡瞬间的负载电流可以认为是恒流源Itl,负载电流方向保持不变，其数值取决于各相电流的瞬时值及PWM逆变桥6个开关器件的开关状态；3、PWM逆变桥的6个开关器件等效为Sinv，开关器件反并联的续流二极管等效SDinv;4、PWM逆变桥的6个缓冲电容Cs等效为C；，取(；=3CS，这是由于PWM逆变桥的各桥臂上下任意一方的开关器件接通时，都使与其并联的电容Cs短路，正常工作时3个桥臂上的电容相当于3个电容并联。
[0020]在以上四点假设基础上，可得图2所示采用变压器辅助谐振的光伏逆变器等效电路图。图2中，iSal表示流过辅助开关器件Sal的电流，u &表示电容Q两端的电压；变压器的等效电感为L,，L11和L12分别为变压器原副边绕组的漏电感，Lml和Lm2分别为变压器原副边绕组的磁化电感，变压器的等效电感为L,=L1JL12Ai2,变压器原副边绕组的电流值满足ih=L/n。负荷电流Itl以图2所示方向流过，各部分的电流电压都以图2所示的方向为正。
[0021]本实用新型在一个开关周期内可以分为8个工作模态，8个工作模态的示意图分别如图3至图10所示。下面分别对各个工作模态进行介绍。
[0022]工作模态I (t?:初始状态，直流电源E通过辅助开关器件Sal向负载传输电能，电路工作在稳态。
[0023]工作模态2 (、?t P:在h时刻，关断辅助开关器件S al，同时开通辅助开关器件Sa3O在电容(；的作用下，降低了 Sal关断瞬间端电压的上升率，所以Sal实现了零电压关断；在变压器电感的作用下，降低了流过辅助开关器件Sa3的电流的上升率，所以S a3实现了零电流开通。从h时刻开始，电容C力变压器的等效电感L 始谐振，Q向L放电，C ,端电压11&逐渐减小，变压器原副边绕组的电流i &和i &都开始增加，D a2导通。在谐振过程中，当u&逐渐减小到E/n时，i &增加到最大值，然后i &开始减小，在t i时刻i &减小到零时，工作模式2结束。在谐振过程中，(；除了向LJf在支路放电以外，还同时向负载放电，以维持负载电流不变。
[0024]工作模态3 (tf 12):在h时刻，谐振过程结束，关断辅助开关器件S a3，因为此时U已经减小到零，所以Sa3实现了零电流关断。Wt1时刻开始，k只向负载放电，流过k的电流等于1，u&线性减小。在12时刻，当u&减小到零时，工作模式3结束。
[0025]工作模态4 (t2?t 3):PWM逆变桥续流二极管和负载电流构成回路，续流二极管Dinv导通，PWM逆变桥开关器件可以完成一次零电压开关过程，本模式的持续时间可以根据需要任意设定。
[0026]工作模态5 (t3?14):在t3时刻，开通辅助开关器件Sa2，在变压器电感的作用下，降低了流过辅助开关器件Sa2的电流的上升率，所以S a2实现了零电流开通。从13时刻开始，变压器原副边绕组的电流L和i h都开始线性增加，D a3导通。随着i k的反向线性增大，流过Dinv的电流逐渐减小。在t4时刻，当L反向线性增大与负载电流I ^相等时，Dinv自然截止，降低了 Dinv的反向恢复损耗，工作模式5结束。
[0027]工作模态6 (t4?t 5):从t4时刻开始，电容(；与变压器的等效电感L 始谐振，U继续反向增大，u &开始从零逐渐增大，当u &增大到E/n时，i &反向增大到最大值，然后U开始反向减小，u &继续增大。在15时刻，当u &增大到E时，谐振过程结束，工作模式6结束。
[0028]工作模态7 (t5?16):在t5时刻，开通辅助开关器件Sal，因为u&=E，所以在电容(；的作用下，S al实现了零电压开通。因为i k在15时刻值i k (t5)的绝对值大于Itl，所以从t5时刻开始，D al导通，i !^从i k(t5)开始反向线性减小。在t6时刻，当i ^反向减小到I。时，Dal自然截止，减小了反向恢复损耗，工作模式7结束。
[0029]工作模态8 (t6?t 7):从t6时刻开始，i ^继续反向线性减小，流过S al的电流i Sal线性增大。当i j咸小到零，i Sal增大到I ο时，关断辅助开关器件S a2，因为此时Us也减小到零，所以Sa2实现了零电流关断，工作模式8结束。
【主权项】
1.一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，其特征在于，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件S。、Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件Sal、Sa2、Sa3及其各自的反并联二极管Dal、Da2、Da3，变压器的原副边绕组匝数比为l:n;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6W及它们各自的反并联二极管D J6组成，且六个开关器件集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容C s;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感Lci相连，Boost升压电感Lci另一端与Boost升压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管D C1的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C1的一端、辅助开关器件Sal的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管D a2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S (!的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D 2的阳极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D 6的阳极相连，辅助开关器件Sa2的发射极与反并联二极管D a2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D i的阴极、开关器件S 3的集电极、反并联二极管D3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管D a3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D1的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
【专利摘要】本实用新型涉及一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电。Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM 逆变桥开关器件提供零电压开关条件；PWM逆变桥在工作过程不需要短路，零电压持续时间可以根据需要任意选择，不依赖于负载电流和谐振参数；主开关和辅助开关都可以实现软开关，对谐振电路工作过程的控制不需要设定和负载有关的电感电流阈值。本实用新型提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
【IPC分类】H02M3/335, H02M7/5387
【公开号】CN204696955
【申请号】CN201520385923
【发明人】张庆海, 王李*, 李洪博, 刘安华, 王新涛, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 石星昊, 张蕊
【申请人】国网山东省电力公司聊城供电公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月7日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，属于电力电子变换与智能电网领域。
【背景技术】
[0002]太阳能的利用是缓解全球能源紧缺与环境污染问题的重要途径，光伏发电就是近年来研宄的热点之一。采用目前成熟的电力电子变流技术可将太阳能转换成电能，进而实现电压变换与功率控制。
[0003]另一方面，随着电力电子技术的发展和电力电子装置的普及应用，高性能、高效率和高功率密度成为电力电子装置的主要需求。为了实现这个目标，功率变换器必须运行在更高的开关频率，但高频化将恶化变换器的电磁兼容水平和降低系统效率。此外，开关损耗的增加将势必导致散热器体积及重量的增加，限制变换器功率密度的进一步提高。
【发明内容】
[0004]在现有技术的基础上，本实用新型公开了一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM逆变桥开关器件提供零电压开关条件。PWM逆变桥的开关器件在PWM逆变桥的输入电压为零电压期间关断或开通，功率器件开关时无电压和电流的重叠，从而降低了开关损耗。利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振，使PWM逆变桥的输入电压周期性下降到零，实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换，辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关，二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外，逆变器的主开关和辅助开关都可以实现软开关，所有开关器件承受的电压都不超过直流侧储能电容电压，而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次，降低了辅助谐振电路的损耗，提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；B00st升压电路包括光伏侧储能电容CpB00St升压电感LpB00St升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件Sal、Sa2、Sa3及其各自的反并联二极管D al、Da2, Da3，变压器的原副边绕组匝数比为l:n ;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6以及它们各自的反并联二极管D^D6组成，且六个开关器件S 集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容C s;光伏阵列与光伏侧储能电容Ctl并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感L ^相连，Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件S ^的集电极、Boost升压电路二极管D ^的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、辅助开关器件S al的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件Sa2的集电极、反并联二极管Da2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件Stl的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D2的阳极、开关器件S 4的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D6的阳极相连，辅助开关器件S a2的发射极与反并联二极管D a2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件集电极、反并联二极管01的阴极、开关器件&的集电极、反并联二极管D 3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管Da3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管D i的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D4的阴极相连，开关器件S 5的发射极与反并联二极管D 5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
[0006]本实用新型的有益效果是:1、利用辅助谐振电路中变压器的漏电感与谐振电容的谐振，实现PWM逆变桥的输入电压周期性下降到零；2、无串联分压电容，无中性点电位的变化问题；3、逆变器的主开关和辅助开关都可以实现软开关，而且承受的电压不超过直流侧储能电容电压；4、PWM逆变桥在工作过程不需要短路，零电压持续时间不依赖于负载电流和谐振参数，其零电压持续时间可以根据需要任意选择；5、对谐振电路工作过程的控制不需要设定和负载有关的电感电流阈值；6、提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0008]图2为本实用新型等效电路图。
[0009]图3为本实用新型工作模态I示意图。
[0010]图4为本实用新型工作模态2示意图。
[0011]图5为本实用新型工作模态3示意图。
[0012]图6为本实用新型工作模态4示意图。
[0013]图7为本实用新型工作模态5示意图。
[0014]图8为本实用新型工作模态6示意图。
[0015]图9为本实用新型工作模态7示意图。
[0016]图10为本实用新型工作模态8示意图。
【具体实施方式】
[0017]图1所示为采用变压器辅助谐振的光伏逆变器拓扑结构示意图，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Cc^Boost升压电感LpBoost升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件&1、5^533及其各自的反并联二极管0^0&、0^变压器的原副边绕组匝数比为l:n;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6W及它们各自的反并联二极管D !-D6组成，且六个开关器件S1-SfJ^集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容cs;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感Lci相连，Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件S C1的集电极、Boost升压电路二极管D C1的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、辅助开关器件S al的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件Sa2的集电极、反并联二极管Da2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S (!的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D 2的阳极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D 6的阳极相连，辅助开关器件Sa2的发射极与反并联二极管Da2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D i的阴极、开关器件S 3的集电极、反并联二极管D3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管D a3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S ^勺发射极与反并联二极管D1的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
[0018]Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM逆变桥开关器件提供零电压开关条件。PWM逆变桥的开关器件在PWM逆变桥的输入 电压为零电压期间关断或开通，功率器件开关时无电压和电流的重叠，从而降低了开关损耗。
[0019]为简化分析，做如下假设:1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列和Boost升压电路等效为一直流电源E ;2、负载电感远大于谐振电感，PWM逆变桥开关状态过渡瞬间的负载电流可以认为是恒流源Itl,负载电流方向保持不变，其数值取决于各相电流的瞬时值及PWM逆变桥6个开关器件的开关状态；3、PWM逆变桥的6个开关器件等效为Sinv，开关器件反并联的续流二极管等效SDinv;4、PWM逆变桥的6个缓冲电容Cs等效为C；，取(；=3CS，这是由于PWM逆变桥的各桥臂上下任意一方的开关器件接通时，都使与其并联的电容Cs短路，正常工作时3个桥臂上的电容相当于3个电容并联。
[0020]在以上四点假设基础上，可得图2所示采用变压器辅助谐振的光伏逆变器等效电路图。图2中，iSal表示流过辅助开关器件Sal的电流，u &表示电容Q两端的电压；变压器的等效电感为L,，L11和L12分别为变压器原副边绕组的漏电感，Lml和Lm2分别为变压器原副边绕组的磁化电感，变压器的等效电感为L,=L1JL12Ai2,变压器原副边绕组的电流值满足ih=L/n。负荷电流Itl以图2所示方向流过，各部分的电流电压都以图2所示的方向为正。
[0021]本实用新型在一个开关周期内可以分为8个工作模态，8个工作模态的示意图分别如图3至图10所示。下面分别对各个工作模态进行介绍。
[0022]工作模态I (t?:初始状态，直流电源E通过辅助开关器件Sal向负载传输电能，电路工作在稳态。
[0023]工作模态2 (、?t P:在h时刻，关断辅助开关器件S al，同时开通辅助开关器件Sa3O在电容(；的作用下，降低了 Sal关断瞬间端电压的上升率，所以Sal实现了零电压关断；在变压器电感的作用下，降低了流过辅助开关器件Sa3的电流的上升率，所以S a3实现了零电流开通。从h时刻开始，电容C力变压器的等效电感L 始谐振，Q向L放电，C ,端电压11&逐渐减小，变压器原副边绕组的电流i &和i &都开始增加，D a2导通。在谐振过程中，当u&逐渐减小到E/n时，i &增加到最大值，然后i &开始减小，在t i时刻i &减小到零时，工作模式2结束。在谐振过程中，(；除了向LJf在支路放电以外，还同时向负载放电，以维持负载电流不变。
[0024]工作模态3 (tf 12):在h时刻，谐振过程结束，关断辅助开关器件S a3，因为此时U已经减小到零，所以Sa3实现了零电流关断。Wt1时刻开始，k只向负载放电，流过k的电流等于1，u&线性减小。在12时刻，当u&减小到零时，工作模式3结束。
[0025]工作模态4 (t2?t 3):PWM逆变桥续流二极管和负载电流构成回路，续流二极管Dinv导通，PWM逆变桥开关器件可以完成一次零电压开关过程，本模式的持续时间可以根据需要任意设定。
[0026]工作模态5 (t3?14):在t3时刻，开通辅助开关器件Sa2，在变压器电感的作用下，降低了流过辅助开关器件Sa2的电流的上升率，所以S a2实现了零电流开通。从13时刻开始，变压器原副边绕组的电流L和i h都开始线性增加，D a3导通。随着i k的反向线性增大，流过Dinv的电流逐渐减小。在t4时刻，当L反向线性增大与负载电流I ^相等时，Dinv自然截止，降低了 Dinv的反向恢复损耗，工作模式5结束。
[0027]工作模态6 (t4?t 5):从t4时刻开始，电容(；与变压器的等效电感L 始谐振，U继续反向增大，u &开始从零逐渐增大，当u &增大到E/n时，i &反向增大到最大值，然后U开始反向减小，u &继续增大。在15时刻，当u &增大到E时，谐振过程结束，工作模式6结束。
[0028]工作模态7 (t5?16):在t5时刻，开通辅助开关器件Sal，因为u&=E，所以在电容(；的作用下，S al实现了零电压开通。因为i k在15时刻值i k (t5)的绝对值大于Itl，所以从t5时刻开始，D al导通，i !^从i k(t5)开始反向线性减小。在t6时刻，当i ^反向减小到I。时，Dal自然截止，减小了反向恢复损耗，工作模式7结束。
[0029]工作模态8 (t6?t 7):从t6时刻开始，i ^继续反向线性减小，流过S al的电流i Sal线性增大。当i j咸小到零，i Sal增大到I ο时，关断辅助开关器件S a2，因为此时Us也减小到零，所以Sa2实现了零电流关断，工作模式8结束。
【主权项】
1.一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，其特征在于，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件S。、Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容C1，辅助谐振电路包括变压器、辅助开关器件Sal、Sa2、Sa3及其各自的反并联二极管Dal、Da2、Da3，变压器的原副边绕组匝数比为l:n;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S^S6W及它们各自的反并联二极管D J6组成，且六个开关器件集电极与发射极之间均并联接有缓冲电容C s;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感Lci相连，Boost升压电感Lci另一端与Boost升压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管D C1的阳极相连，Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C1的一端、辅助开关器件Sal的集电极、反并联二极管Dal的阴极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管D a2的阴极相连，直流侧储能电容C1的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S (!的发射极、变压器副边绕组输出端、变压器原边绕组输出端、开关器件&的发射极、反并联二极管D 2的阳极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D 6的阳极相连，辅助开关器件Sa2的发射极与反并联二极管D a2的阳极、变压器副边绕组输入端相连，辅助开关器件Sal的发射极与反并联二极管D al的阳极、辅助开关器件S &的集电极、反并联二极管Da3的阴极、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D i的阴极、开关器件S 3的集电极、反并联二极管D3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连，辅助开关器件Sa3的发射极与反并联二极管D a3的阳极、变压器原边绕组输入端相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D1的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D6的阴极相连；由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电极、开关器件S 6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相阻感性负载。
【专利摘要】本实用新型涉及一种采用变压器辅助谐振的光伏逆变器，包括Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、辅助谐振电路、PWM逆变桥、三相阻感性负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相阻感性负载供电。Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，辅助谐振电路为PWM 逆变桥开关器件提供零电压开关条件；PWM逆变桥在工作过程不需要短路，零电压持续时间可以根据需要任意选择，不依赖于负载电流和谐振参数；主开关和辅助开关都可以实现软开关，对谐振电路工作过程的控制不需要设定和负载有关的电感电流阈值。本实用新型提高了光伏发电的效率，适用于高性能、大功率的光伏发电系统。
【IPC分类】H02M3/335, H02M7/5387
【公开号】CN204696955
【申请号】CN201520385923
【发明人】张庆海, 王李*, 李洪博, 刘安华, 王新涛, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 石星昊, 张蕊
【申请人】国网山东省电力公司聊城供电公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月7日
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