一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器的制作方法

1.本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器。


背景技术：

2.随着传统化石能源的日益枯竭，全球变暖、环境污染等一系列问题也随之而来，能源问题已经成为世界各国发展面临的严峻挑战。因此，人们不断对新能源进行探索和研究，如光伏发电、风力发电和潮汐发电等。“十四五”规划指出，我国将推进能源革命，坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模，建设一批多能互补的清洁能源基地。其中，光伏发电是最可靠、最安静、最清洁、最无污染的资源，因此对光伏并网逆变器的研究非常具有应用意义与市场价值。
3.近年来，光伏发电系统的研究引起了学术界和工业界的广泛关注，无论是光伏组件本身还是功率逆变器，如何获取尽可能多的能量以提高光伏发电系统的效率是非常重要的。传统的集中式光伏并网逆变器，串联和并联的光伏组件往往存在不匹配的问题，而分布式光伏并网逆变器由光伏模块和逆变器组成，对于每个光伏模块的最大功率点可以单独跟踪，从而实现输出功率的最优化，最大限度的提高系统整体利用率；并且模块之间没有直流互连，可以避免潜在的电弧问题和成本问题。然而，对于分布式单级光伏并网逆变器，其输出侧往往存在两倍电网频率的大量功率波动，导致光伏模块的输出端出现纹波分量，令光伏组件的平均发电功率降低，因此我们需要提高光伏并网逆变器的效率，并保证小体积、可靠性和经济性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器，与传统的光伏并网逆变器相比，该拓扑结构通过增加辅助电路进行功率解耦，可以平衡瞬时交流输出功率和直流输入功率之间的差异，有效抑制逆变器输入端的电流纹波，提高光伏并网逆变器的转换效率，并采用中心抽头隔离变压器，变压器的漏感能量通过去耦电容进行回收，具有很高的电压增益和电压调整率，保证小体积、可靠性和经济性，应用前景非常广泛。
5.本发明采取的技术方案为：一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器，包括升压电路、辅助电路、反激式逆变器、滤波电路和电网模块；升压电路输出与反激式逆变器相连，辅助电路输出与升压电路、反激式逆变器相连，反激式逆变器输出与滤波电路相连，滤波电路输出与电网模块相连；所述升压电路包括太阳能板模块pv、电容cb、电感lb、二极管db和igbt开关管sb；所述辅助电路包括去耦电容cd、二极管dd1、二极管dd2、igbt开关管sd1和igbt开关管sd2；所述反激式逆变器包括电感l、中心抽头变压器t、二极管d、二极管da1、二极管da2、igbt开关管s、igbt开关管sa1和igbt开关管sa2；所述滤波电路包括滤波电感lf和滤波电容cf。
6.所述升压电路的太阳能板模块pv的一端连接电感lb和电容cb，太阳能板模块pv的另一端连接a点；电容cb的另一端连接a点；电感lb的另一端连接二极管db的阳极和igbt开关管sb；二极管db的阴极连接b点；igbt开关管sb的另一端连接a点。
7.所述辅助电路的二极管dd1的阴极连接b点，二极管dd1的阳极连接去耦电容cd和igbt开关管sd1；igbt开关管sd2的一端连接b点，igbt开关管sd2的另一端连接去耦电容cd和二极管dd2的阴极；二极管dd2的阳极连接igbt开关管sd1和二极管d的阳极。
8.所述反激式逆变器的电感l的一端连接b点，电感l的另一端连接二极管d的阳极；二极管d的阴极连接igbt开关管s；igbt开关管s的另一端连接a点；中心抽头变压器t一次侧连接电感l，中心抽头变压器t二次侧连接二极管da1的阳极和二极管da2的阴极，中心抽头连接滤波电容cf；二极管da1的阴极连接igbt开关管sa1；二极管da2的阳极连接igbt开关管sa2；igbt开关管sa1的另一端连接igbt开关管sa2。
9.所述滤波电路的滤波电容cf的一端连接igbt开关管sa1和滤波电感lf，滤波电容cf的另一端连接电网模块；滤波电感lf的另一端连接电网模块。
10.本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器，具有如下优点：本发明通过增加辅助电路进行有功功率解耦，可以平衡瞬时交流输出功率和直流输入功率之间的差异，有效抑制逆变器输入端的电流纹波，消除光伏组件输出端的低频功率脉动，提高光伏并网逆变器的转换效率，延长并网逆变器的使用寿命。采用中心抽头隔离变压器，变压器的漏感能量可以通过去耦电容进行回收，具有很高的电压增益和电压调整率，保证小体积、可靠性和经济性。
附图说明
11.图1是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器的电路结构图。
12.图2是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器导通模式1的等效电路图（t1≤t≤t2）。
13.图3是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器导通模式2的等效电路图（t2≤t≤t3）。
14.图4是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器导通模式3的等效电路图（t2≤t≤t4）。
15.图5是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器导通模式4的等效电路图（t4≤t≤t5）。
16.图6是本发明一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器导通模式5的等效电路图（t5≤t≤t6）。
具体实施方式
17.图1所示为一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器，包括升压电路、辅助电路、反激式逆变器、滤波电路和电网模块；升压电路输出与反激式逆变器相连，辅助电路输出与升压电路、反激式逆变器相连，反激式逆变器输出与滤波电路相连，滤波电路输出与电网模块相连；所述升压电路包括太阳能板模块pv、电容cb、电感lb、二极管db和igbt开关管sb；所述辅助电路包括去耦电容cd、二极管dd1、二极管dd2、igbt开关管sd1和igbt开关管sd2；所
述反激式逆变器包括电感l、中心抽头变压器t、二极管d、二极管da1、二极管da2、igbt开关管s、igbt开关管sa1和igbt开关管sa2；所述滤波电路包括滤波电感lf和滤波电容cf。
18.所述升压电路的太阳能板模块pv的一端连接电感lb和电容cb，太阳能板模块pv的另一端连接a点；电容cb的另一端连接a点；电感lb的另一端连接二极管db的阳极和igbt开关管sb；二极管db的阴极连接b点；igbt开关管sb的另一端连接a点。
19.所述辅助电路的二极管dd1的阴极连接b点，二极管dd1的阳极连接去耦电容cd和igbt开关管sd1；igbt开关管sd2的一端连接b点，igbt开关管sd2的另一端连接去耦电容cd和二极管dd2的阴极；二极管dd2的阳极连接igbt开关管sd1和二极管d的阳极。
20.所述反激式逆变器的电感l的一端连接b点，电感l的另一端连接二极管d的阳极；二极管d的阴极连接igbt开关管s；igbt开关管s的另一端连接a点；中心抽头变压器t一次侧连接电感l，中心抽头变压器t二次侧连接二极管da1的阳极和二极管da2的阴极，中心抽头连接滤波电容cf；二极管da1的阴极连接igbt开关管sa1；二极管da2的阳极连接igbt开关管sa2；igbt开关管sa1的另一端连接igbt开关管sa2。
21.所述滤波电路的滤波电容cf的一端连接igbt开关管sa1和滤波电感lf，滤波电容cf的另一端连接电网模块；滤波电感lf的另一端连接电网模块。
22.为更清楚的说明本发明所提的一种基于功率解耦的单级光伏并网逆变器，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。本发明在非连续导通模式下运行，通过增加辅助电路进行有功功率解耦，通过igbt开关管s的电流参考由最大功率点跟踪控制获得，可以平衡瞬时交流输出功率和直流输入功率之间的差异，变压器的漏感能量可以通过去耦电容进行回收，最后通过滤波电路连接交流电网，可以有效抑制输入端的电流纹波，提高光伏并网逆变器的转换效率。
23.图2所示是导通模式1的等效电路图（t1≤t≤t2），在t1时，igbt开关管s导通，其余igbt开关管截止断开，电感l上的电压等于输入电压，在最大功率点跟踪控制下，通过二极管d的电流i达到其峰值电流时进入导通模式2。
24.图3所示是导通模式2的等效电路图（t2≤t≤t3），在t2时，igbt开关管s截止断开，磁化电感l对去耦电容cd进行充电，igbt开关管sa1和sa2保持断开，通过二极管dd2的电流降低，当电流降低至其阈值且隔离变压器二次侧的igbt开关管sa1导通时此阶段结束。
25.图4所示是导通模式3的等效电路图（t2≤t≤t4），在t2时，igbt开关管s截止断开，igbt开关管sd1和sd2导通，二次侧igbt开关管sa1和sa2保持断开，此时去耦电容cd对磁化电感l进行充电，通过igbt开关管sd1的电流增加，当电流增加至其阈值且igbt开关管sa1导通时进入导通模式4。
26.图5所示是导通模式4的等效电路图（t4≤t≤t5），在t4时，二次侧igbt开关管sa1和二极管da1导通，磁化电感l向负载释放能量至零，当通过二极管da1的电流至零时，进入导通模式5。
27.图6所示是导通模式5的等效电路图（t5≤t≤t6），此时所有开关管截止断开，且没有电流流过变压器绕组，当igbt开关管s导通时，进入导通模式1为一个周期。通过增加辅助电路，有效抑制逆变器输入端的电流纹波，结构简单且不需要电解电容器，变压器的漏感能量可以通过去耦电容进行回收，提高光伏并网逆变器的转换效率。
28.以上对本发明的实施例进行了描述，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不
是所述技术方案的限制，所以本发明并不局限于上述的具体实施方式，所有本领域普通技术人员在不脱离本发明宗旨和构思的前提下，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。