[发明专利]无附加电压零电压开关储能桥式逆变器及调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池储能逆变器，尤其是能量双向流动无附加电压应力零电压开关电池储能桥式逆变器电路拓扑和调制方法。

背景技术

同时具有并网发电运行功能和带负载独立运行功能的单相电池储能逆变器，其电路如图1所示，它包括由四个有反并联二极管的全控主开关(S₁～S₄)构成的单相桥臂，接在桥臂中点与交流电网或交流负载之间的输出滤波电感(L)。这种单相电池储能逆变器能够实现并网发电功能，也可以带负载独立运行，但电路工作在硬开关状态，存在着二极管的反向恢复问题，器件开关损耗大，限制了工作频率的提高，降低了电路效率并且存在较大的电磁干扰。

经检索，公开号为101667793A的中国专利申请，该发明提供了一种并网逆变器,包括直流电源、与直流电源连接的存储模块、与存储模块连接的逆变模块,以及分别与逆变模块和电网连接的输出模块,以及分别与逆变模块和输出模块连接的续流回路。在该发明中,在传统单相全桥并网逆变器的基础上,通过引入续流回路同时配合相应的调制方式,从而有效解决了传统单相全桥并网逆变器在采用双极性调制和采用单极性调制时所存在的问题,从而提高了逆变器的转换效率和电磁兼容性能。

公开号为102163934A的中国专利申请，该发明涉及一种并网逆变器,其包括:四个逆变晶体管、两个续流晶体管、两个二极管和两个滤波电感;工作时,微控制器使第一续流晶体管导通半个工频周期,同时使第一、第四逆变晶体管和第二续流晶体管截止,并使第二、第三逆变晶体管在所述高频触发信号的同步触发下作高频同步切换,以使第一、第二滤波电感的外侧端输出交流电源之正半周;然后所述微控制器使第二续流晶体管导通半个工频周期,同时使第二、第三逆变晶体管和第一续流晶体管截止,第一、第四逆变晶体管在所述高频触发信号的同步触发下作高频同步切换,以使第一、第二滤波电感的外侧端输出交流电源之负半周,如此反复。

与公开号为101667793A和102163934A的中国专利申请相比，首先：本发明提出的拓扑结构及相应的控制策略不仅使电路可以工作在单位功率因数逆变工况下，还可以工作在整流工况，实现变流器的四象限运行；其次，101667793A和102163934A中提出的控制策略主要目的在于减小单极性调制下单相并网逆变器的电磁兼容问题，而本发明是通过增加一个辅助管，实现所有开关的零电压开通，有效抑制二极管反向恢复，既可以提高逆变器效率，也可以提高电磁兼容性。这样就算逆变器采用双极性调制，效率也会比一般的逆变器高，同时可以有效解决电磁兼容问题。最后，本发明提出的桥式逆变器不仅能工作在并网状态，也能工作在带交流负载独立逆变状态。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可以抑制二极管的反向恢复电流，减小开关损耗，提高电路效率，减少电磁干扰并实现开关管零电压开通的无附加电压零电压开关电池储能逆变器及调制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种无附加电压零电压开关储能桥式逆变器，包括逆变器直流侧储能电池，与直流侧储能电池并联的直流电容，由四个有反并联二极管的全控主开关S₁～S₄构成的单相桥臂，接在该桥臂中点与交流电网或交流负载之间的输出滤波电感L，其中:单相桥臂的四个主开关S₁～S₄两端各自并联一个电容C₁～C₄，在逆变器直流侧储能电池和单相桥臂的直流母线之间接入有反并联二极管的辅助开关S₅，辅助开关S₅的两端并联第五电容C₅，并在辅助开关S₅两端跨接由谐振电感L_r与箝位电容C_c相串联的谐振支路。

根据本发明的一个方面，提供一种无附加电压零电压开关储能桥式逆变器的开关调制方法，其中:主开关采用单极性正弦脉宽调制方法，辅助开关调制信号与主开关调制信号同步。辅助开关在主开关从二极管换流到全控开关之前关断，为主开关创造零电压开通条件。当逆变器处于电池充电状态时，在辅助开关关断的短暂时间内，主开关桥臂上下两开关直通给谐振电感提供续流通路，使谐振电感存储能量足以实现逆变器软开关。当逆变器并网运行时，逆变器零电压开关在并网电流全功率因数角范围内均可以实现，满足电池储能逆变器能量双向流动要求。当逆变器带负载独立运行时，逆变器零电压开关在负载电流全功率因数角范围内均可以实现，满足电池储能逆变器能量双向流动要求。