[发明专利]一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路

说明书

一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，由六个开关管（T1‑T6）、六个二极管（D1‑D6）、两个耦合电容（Cd1、Cd2）、和一个电感（L）构成。根据逆变器输出电压极性以及耦合电路吸收/释放能量，功率耦合电路可分为四种工作模式，分别是工作模式1：逆变器输出电压为正，耦合电路吸收能量；工作模式2：逆变器输出电压为正，耦合电路释放能量；工作模式3：逆变器输出电压为负，耦合电路吸收能量；工作模式4：逆变器输出电压为负，耦合电路释放能量。本发明将功率解耦电路并联在逆变器的交流输出侧，逆变器的电路结构简单，解耦电路和逆变电路可独立控制；采用本发明提出的功率耦合电路实现功率平衡，可实现无电解电容，延长逆变器的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路，属微逆变器技术领域。

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。故传统微逆变器均采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耦合电路代替传统的电解电容器实现能量缓冲功能。按照功率耦合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。

直流输入侧功率耦合技术通常适用于单级并网微逆变器。日本东京都立大学的Shimizu教授等提出了带功率耦合电路的反激光伏并网逆变器，当逆变器输入功率大于输出功率时，解耦电容通过变压器原边励磁电感充电，当逆变器输入功率小于输出功率时，解耦电容放电给励磁电感补充能量。美国华盛顿大学的B.J.Pierquet教授等提出一种将功率耦合电路串联在光伏整列和微逆变器之间，构成两级微逆变器结构，如此便于单独控制能量存储电压和波动，避免使用电解电容器，而且保持了微逆变器的无功传输功能。然而，虽然单级微逆变器只有一级结构，但系统的MPPT、孤岛检测以及功率耦合控制较为复杂，系统的升压比低，光伏直流输出电压高，且耦合电容值仍然较大。

在多级微逆变器中，由于中间直流侧电压含有较高电压，故通常采用 DC-link中间侧型的功率耦合技术，此时为了降低耦合电容值，允许直流侧电压波动较大。英国剑桥大学的G.A.J.Amaratunga等提出了一种由移相全桥电路、 Buck电路及全桥逆变器构成的三级结构微型光伏并网逆变器。其中移相全桥电路实现升压和MPPT功能，Buck电路产生正弦半波电流，最后一级电路产生正弦注入电流。该拓扑结构通过同步控制直流母线前后不同的电路，以保证能量守恒和稳定的母线电压，从而实现输入功率和输出功率的平衡。

而交流侧耦合技术是将耦合电容并接在交流侧，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等提出一种双向交交变频式微逆变器拓扑，由六个双向开关组成的三相电流源型变流器实现交流侧并网连接，其中两相与电网连接，另外一相通过耦合电容与电网连接，实现功率的双向流动和能量缓冲，可大大减少耦合电容。