一種改進型零電流轉換h6結構非隔離光伏并網逆變器及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光伏并網發電技術電力電子技術領域，具體設及一種基于零電流轉換 冊結構非隔離光伏并網逆變器的改進和工作方法。
【背景技術】
[0002] 非隔離型光伏并網逆變器在分布式光伏發電興中廣泛的使用，不僅能高效將太陽 能轉變為電能，其結構輕便、方法簡單還能大力推動電力行業的發展。現有的兩種減少漏電 流辦法分別是：法一，基于最高變換效率電路結構來提高漏電流抑制性能。該方法是通過改 進電路拓撲結、調制策略等來抑制漏電流；法二，基于最優漏電流抑制電路結構來提高電路 變換效率。器件損耗主要包括導通損耗和開關損耗，但是開關器件越來越高頻化使得開關 損耗大大增大進而影響電路效率，而軟開關的使用可W在一定程度上減小開關損耗，主要 是通過在開關開通前后引入諧振過程來消除開關過程中的器件損耗。在軟開關的所有不同 類型的電路中零電流轉換PWM電路因克服了之前軟開關電路電流應力過大的缺點逐漸被 研究者所應用。論文針對第二種方法提出的一種零電流轉換冊結構非隔離型光伏并網逆 變器不能實現輔助開關管的零電流關斷并且進網電流存在一定的諧波的缺點，在其基礎上 提出了新的拓撲結構和控制方法來減小漏電流實現輔助開關管的零電流關斷，同時通過續 流階段時續流回路的自由錯位可W使共模電壓為一個定值。
【發明內容】
[0003] 針對原有的零電流轉換冊結構非隔離光伏并網逆變器的不足，本發明提出了一 種新型零電流轉換冊結構非隔離光伏并網逆變器的拓撲結構和控制方法。
[0004] 本發明的技術方案為：一種改進型零電流轉換冊結構非隔離光伏并網逆變器，包 括2個帶有反并聯二極管的主開關管S,、S,，2個不帶反并聯二極管的輔助開關管Sh、Sst，2 個諧振電感Wt、Lst，2個諧振電容Ch、Cst，2個直流側電容Cl、C2,2個續流階段錯位二極管 〇5、De，全橋逆變電路開關T1-T4;
[0005] 所述主開關管S,、諧振電感Lh、諧振電容Ch、輔助開關Sh依次相串聯，所述主開 關管S,、諧振電感L,,、諧振電容C,,、輔助開關Sst依次相串聯，直流側電容C1的正極A端和 輔助開關管Sh的漏極B端連接，直流側電容C2的負極C端和輔助開關管S的源極D端連 接，B端和D端之間設有二極管D，續流階段錯位二極管町連接在直流側電容C1的負極和主 開關管S,發射極之間，續流階段錯位二極管De連接在主開關管S8集電極和直流側電容C2 的正極之間；續流階段錯位二極管的負極端和De的正極端并接全橋逆變電路；
[0006] 所述全橋逆變電路為四個工頻工作的全橋逆變電路開關T1-T4構成。
[0007] 進一步，所述全橋逆變電路的兩個橋臂中點接入濾波器，所述濾波器包括電感Li、 電感L2、電容C3,所述電感Li、電容C3、電感L2依次相串聯。
[0008] 本發明方法的技術方案為；一種改進型零電流轉換冊結構非隔離光伏并網逆變 器控制方法，采用SPWM調制策略，調制策略中選擇方波作為載波，兩個主開關S,、Ss工作在 高頻且同時開通關斷，輔助開關Sh、Sst也工作在高頻同時開通關斷狀態，所述輔助開關管 S7r、Ssr的導通時間為A1+A，A二^方石"，Ai=;r作萬，其中心（；是諧振電感和電容； 電網電壓分為正半周和負半周，在電網電壓正半周該逆變器包括9個工作階段：
[000引 [t。~t J ;t。時亥Ij，輔助開關管S 7r、Ssr零電流開通，t擁刻后，諧振電容C 7r、Csr分 別對諧振電感kt、Lh放電，主開關電流iS7、isg非線性減少直至t1時刻為0,進而實現主開 關管零電流關斷；
[0010] 扣~t2];t府刻后，諧振電容Ch、Csr繼續給諧振電感Lh、Lsr放電，諧振電感電 流iut、非線性增加，諧振電容電壓UC7t、Ucgt非線性減少；
[0011] h~t3) ;t擁刻后，諧振電感Lh、Lsr開始給諧振電容Ch、Csr反向充電，諧振電 容電壓U"r、Ucsr反向非線性增加，諧振電感電流iL7r、iL8r非線性減少，流過二極管D7、〇8電 流為0,二極管〇7、〇8截止；
[001引[tj;二極管町、08的截止使得兩個含有主輔開關管的諧振回路斷路，二極管D導 通；
[001引 咕~14];諧振電感L7t、Lst繼續給諧振電容C7t、Cst反向充電，諧振電感電流iUt、 非線性減少，逆變器側開關管反并聯二極管iD2、1d3則非線性增大；
[0014] [t4~t5];輔助開關管Sh、Ssr上無電流流過，逆變器處于續流狀態；
[00巧]扣~t6] ;ts時刻，主開關管S7、Ss和輔助開關管S7r、Ssr零電流開通，兩條支路 5片^-(：^-571、58-1^81-〔81-58龍成閉合諧振回路，諧振電容C7r、Csr開始給諧振電感L7r、Lsr反 向充電，諧振電感電流iut、反向非線性增大，諧振電容電壓Uc7t、Uc8t非線性減小；
[0016] [te~;諧振電感1^化、1^化開始給諧振電容Ch'Csr正向充電，t?時亥IJ，輔助開關 管Sh、Sst零電流關斷；
[0017] [t,~18]:電路進入功率傳遞過程，待該時段結束后，進入下個周期重復。
[0018] 進一步，所述電網電壓負半周時的工作階段與正半周工作階段原理相同。
[001引進一步，所述輔助開關管S7r、Ssr的導通時間為Ai+A，A=|^， 其中Lf是諧振電感，Ct是諧振電容。
[0020] 進一步，在控制過程中，還包括選擇進網電流和輸出電壓作為新的控制變量，采用 雙閉環PI調節來實現對進網電流實現校正。
[0021] 本發明的有益效果為；在原有的零電流轉換冊結構非隔離光伏并網逆變器基礎 上，諧振電感Lh、諧振電容Ch與輔助開關管S7r的源極串聯后與主開關管S7并聯，諧振電 感Lst、諧振電容Cst與輔助開關管S的源極串聯后與主開關管S8并聯。二極管D的陽極與 M0SFET管源極相連，陰極與M0SFET的漏極相連。而輔助開關S7t、Sst原來在AB、CD支路，現 在移至與LC串聯，如圖1所示，借助LC單元在逆變器續流階段可W使輔助開關管電流自動 減小為零，從而實現主輔開關管零電流開通和關斷。與此同時改變調制策略，調整濾波器的 參數，減小漏電流，改進進網電能質量，提高電路工作效率。
【附圖說明】
[0022]圖1改進的電路拓撲結構；
[0023] 圖2控制系統框圖；
[0024] 圖3系統結構框圖主輔開關驅動信號產生邏輯；
[00巧]圖4零電流轉換冊結構非隔離型光伏并網逆變器在電網電壓正半周時各階段的 等效電路圖，其中：
[002引 （a)t。~t1階段等效電路圖；
[0027] (b)ti~t2階段等效電路圖；
[002引 （C)t2~t3階段等效電路圖；
[0029] (d)t3階段等效電路圖；
[0030] (e)t3~14階段等效電路圖；
[003" (f)t4~t日階段等效電路圖；
[00礎（g)t日~16階段等效電路圖；
[00對似te~t7階段等效電路圖；
[0034] a)t7~18階段等效電路圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖進一步說明本發明的【具體實施方式】。
[0036] 本發明將從W下幾個方面著手改進達到減小漏電流，降低開關損耗，提高電路工 作效率。具體內容包括；
[0037](1)在拓撲結構上，輔助開關Sh、Sst原來分別在A-B，C-D支路中，現將其移動到 如圖所示紅色方框的位置來幫助輔助開關管實現在續流階段零電流關斷，直流側部分由兩 個帶有反并聯二極管的IGBT主開關S,、Ss，諧振電感^,、Lsr，諧振電容Ch、CsrW及兩個去 掉了反并聯二極管的N溝道電力M0S陽TSh、Sst組成，諧振電感LLst大小相等，均為Lt， 大小相等，都為Cf，Ti-T4是四個工頻工作的全橋逆變電路開關，Li、L2、C3構成了濾波 環節，二極管町、化是續流階段錯位二極管，如圖1所示。
[003引似在控制方法上，選擇進網電流和輸出電壓為新的控制變量，采用雙閉環PI調 節來實現對進網電流實現校正，如圖2所示。
[003引做在調制方法上，對輔助開關管一周期內導通情況做了改進，采用SPWM調制 策略，調制策略中選擇方波作為載波。兩個主開關管工作在高頻，且同時開通關斷，輔助 開關也工作在高頻，且同時開通關斷。原有的輔助開關管的導通時間為^ = ^^/1^， Lf、（；是諧振電感和電容，見圖3的A，而基于該改進方法額外延長了導通時間A1，使得 Ai=死該樣就保證了在Ai+A時間的范圍內實現主開關管的零電流關斷。另外，為 了保證主開關管的零電流開通，在主開關管導通時間范圍內增加了一個導通占空比，如圖3 的陰影部分，其值是A1+A。
[0040] 首先，額外延長使得輔助開關開通2次來解決續流階段的電流反向回流問題造成 模態素亂現象，其次，載波都選用方波。由于原電路是通過輔助開關管的反并聯二極管來實 現主開關管的零電流開通，新的拓撲結構把輔助開關管的反并聯二極管去掉了，額外添加 導通占空比Di利用輔助開關與主開關管形成的閉合回路使得主開關管零電流開通。另外， 在原來的電路輔助開關管導通時間基礎上，把原電路的A=t3-tu= 2.996e-6s延長導通 時間Ai=t4-t3=6. 04e-7s來實現輔助開關管零電流關斷，即；D2=Di=t4-t〇=3.6e-6s， 如圖3