[发明专利]一种四开关交流侧功率解耦电路及解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电工技术领域，特别是涉及一种四开关交流侧功率解耦电路及解耦控制方法，能够减小解耦电容值，实现长寿命的无电解电容微逆变器技术。

背景技术

微逆变器因其多发电量、易扩展、低成本、热插拔和模块化设计的优点，逐渐成为未来分布式光伏逆变器的趋势。然而，在分布式发电系统中，光伏组件由于MPPT控制产生恒定的输入功率，而传输到电网的功率却含有两倍工频的功率脉动，两者的瞬时值不一致。故传统微逆变器均使用电解电容器实现逆变器的瞬时输入输出功率的平衡。如此，相对5-10万小时寿命的半导体器件和无源元件来说，电解电容器寿命小于1万小时，成为限制微逆变器稳定性和使用寿命的关键。因此，研究无电解电容的微逆变器技术成为提高微逆变器性能和使用寿命的优选技术方案，也是众多学者的重要研究方向之一。

所谓无电解电容微逆变器技术，即采用由功率开关和无源器件组成的电力电子功率解耦电路代替传统的电解电容器实现能量缓冲功能。按照功率解耦电路接入点的不同大致分为直流输入侧型、DC-link中间侧型、交流输出侧型和三端口解耦型四种类型。

交流侧解耦技术是将解耦电容并接在交流侧，由于其电压较大且为交流电压，故解耦电容可以有效减少。美国亚利桑那州立大学的B.S.Wang等提出一种应用于单相逆变器的双向交交变频式微逆变器拓扑，由六个双向开关组成的 三桥臂电流源型变流器实现交流侧并网连接，其中两个桥臂与电网连接，另外一桥臂通过解耦电容与电网连接，实现功率的双向流动和能量缓冲，可极大的减少解耦电容。国内学者提出了一种三桥臂电压源型微逆变器，结构与之类似，但同样需要六个双向开关。

发明内容

本发明实施例提供了一种四开关交流侧功率解耦电路及解耦控制方法，可以解决现有技术中存在的问题。

一种四开关交流侧功率解耦电路，所述功率解耦电路连接在逆变器的交流输出侧，包括电容C_d1和C_d2、电感L_d、四个开关管T₁、T₂、T₃和T₄以及四个二极管D₁、D₂、D₃和D₄，电容C_d1的负极连接至开关管T₄的源极，同时也连接至逆变器的一个输出端，开关管T₄的漏极连接至电感L_d的一端，同时也连接至开关管T₃的源极，开关管T₃的漏极连接至电容C_d1的正极，二极管D₄、D₃分别和开关管T₄、T₃并联，其中二极管D₄的正极连接开关管T₄的源极，二极管D₃的正极连接开关管T₃的源极；

电感L_d的另一端连接至开关管T₁的漏极以及T₂的源极，开关管T₂的漏极连接至电容C_d2的正极，电容C_d2的负极连接至开关管T₁的源极以及逆变器的另一个输出端，二极管D₂、D₁分别和开关管T₂、T₁并联，其中二极管D₂的正极连接开关管T₂的源极，二极管D₁的正极连接开关管T₁的源极，上述开关管T₁、T₂、T₃和T₄的栅极分别连接至一个控制信号源。

本发明还提供了一种权利要求1中功率解耦电路的控制方法，解耦电容电压U_d1，U_d2，经公式(1)、(2)、(3)和(4)计算得到PEM控制信号的占空比，结合电网电压极性的时序，经公式(5)得到四个开关管的逻辑控制信号，使用这四个控制信号分别控制四个开关管的开关状态，公式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)分别为：