獨立并網(wǎng)雙模式逆變電源的結(jié)構(gòu)分析目錄TOC\o"1-3"\h\u21855獨立并網(wǎng)雙模式逆變電源的結(jié)構(gòu)分析 1291811.1獨立/井網(wǎng)雙模式風(fēng)力發(fā)電逆變器電路構(gòu)造 1157921.2DC-DC電路拓撲分析 2297921.1.1Boost電路結(jié)構(gòu) 2183401.1.2Buck-Boost電路結(jié)構(gòu) 2229891.3DC-AC電路拓撲結(jié)構(gòu)分析 3270441.3.1單相全橋H6拓撲結(jié)構(gòu) 3267781.3.2工作模態(tài)分析 471591.3.3漏電流分析 4雙模式并網(wǎng)逆變器應(yīng)該同時具備并網(wǎng)工作模式和獨立工作模式，兩種并網(wǎng)工作轉(zhuǎn)換模式應(yīng)該是一種可以同時進行無縫隙的轉(zhuǎn)換。中小型大功率風(fēng)力發(fā)電逆變器由于其升壓輸入的直流電壓相對較低，而且升壓輸出的直流電壓帶寬區(qū)間也相對較寬，必須在采用一個新的升壓電壓回路將該方法應(yīng)用來有效改善升壓輸出。直流側(cè)部分采用新的Boost逆變電路設(shè)計方法可用來幫助改善風(fēng)力發(fā)電組件的交流電壓，采用新的Buck-Boost逆變電路設(shè)計方法可用來直接幫助逆變電路部分，一般建議采用全新雙橋逆變電路以及H6拓撲電路結(jié)構(gòu)。本篇學(xué)術(shù)論文主要針對目前DC-AC設(shè)計電路的基本功能設(shè)計電路內(nèi)容要點進行了深入研究，對目前DC-DC設(shè)計電路的基本功能設(shè)計只要點做了簡單的理論介紹。1.1獨立/井網(wǎng)雙模式風(fēng)力發(fā)電逆變器電路構(gòu)造S3S4S2S1本地負載電網(wǎng)LC濾波器L2C2L1Q3QS3S4S2S1本地負載電網(wǎng)LC濾波器L2C2L1Q3Q2Q1Q6Q5Q4MPPT2MPPT1直流EMC濾波器直流EMC濾波器圖2-1逆變器整機電路結(jié)構(gòu)由圖2-1可知，雙模式逆變器主要由H6橋逆變電路、Boost升壓電路、蓄電池充放電控制電路等部分組成。該系統(tǒng)采用雙路Boost分別單獨調(diào)節(jié)MPPT。逆變器部分采用完整的橋式結(jié)構(gòu)作為非絕緣H6拓撲結(jié)構(gòu)，可以有效提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。電池充電和放電交流開關(guān)電路主要使用降壓-升壓電路拓撲，該拓撲是從降壓或升壓電路修改而來的，具有簡單的結(jié)構(gòu)。控制器和操作原理方式靈活，可靠性比較高，在高壓逆變器中已經(jīng)得到了更廣泛的技術(shù)應(yīng)用。1.2DC-DC電路拓撲分析在整個系統(tǒng)的內(nèi)部集成結(jié)構(gòu)中，直流側(cè)電路的拓撲結(jié)構(gòu)包括升壓電路和降壓-升壓電路。其中，升壓電路主要用于增加風(fēng)力發(fā)電組件的電壓并跟蹤MPPT，降壓-升壓控制電路用于控制高壓充電和放電。1.1.1Boost電路結(jié)構(gòu)本文圖中所選用的Boost升壓電路本身是一個同時具有用于提高直流升壓輸出頻率的電流控制器，它本身是一個可以作為最高輸出頻率電壓值控制節(jié)點的升壓控制器，電路具體原理結(jié)構(gòu)如下見圖2-2。C2VBDQLCC2VBDQLC1VL圖2-2Boost電路結(jié)構(gòu)升壓電路對風(fēng)力渦輪機具有兩個主要功能：以最大功率跟蹤節(jié)點并增加輸入電壓。通過升壓電路跟蹤最大功率點是阻抗匹配的重要一步。假設(shè)當輸入阻抗等于輸出阻抗時，整個增強電路的輸入阻抗由Rin表示，輸出阻抗由Rout表示。當Rin=Rout時，可以計算出增強電路輸出側(cè)的最大功率。假設(shè)Boost電路工作在理想工作狀態(tài)下，則可以認為Boost電路的輸入功率等于輸出功率，即() Pin=則 Rin=如公式（2-2）所示，當升壓電路的輸入占空比改變時，輸出阻抗也改變并且包括使輸入阻抗和輸出相等的占空比值D。不活動的速率相同，此時升壓電路可以在輸出側(cè)獲得最大功率。1.1.2Buck-Boost電路結(jié)構(gòu)電池的充電和放電通過升降壓電路控制。電路結(jié)構(gòu)主要基于將原始降壓或升壓電路中的二極管轉(zhuǎn)換為開關(guān)元件。通用電路拓撲設(shè)計需要更少的組件并且可靠?？傮w而言，該控制策略易于設(shè)計和實施，且效率很高。集成電路的一般結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。S2C1S1LQ1Q2S2C1S1LQ1Q2C2VHBat圖2-3Buck-Boost電路拓撲結(jié)構(gòu)1.3DC-AC電路拓撲結(jié)構(gòu)分析當采用雙極性PWM波調(diào)制四個開關(guān)管全部都工作在高頻PWM狀態(tài)，單極性PWM調(diào)制方法時，在H4逆變器橋的四個開關(guān)中，兩個以高頻工作，另外兩個以工頻工作。因此，單極性PWM調(diào)制方法的開關(guān)損耗小于雙極性PWM調(diào)制方法的開關(guān)損耗。但是，在具有H4結(jié)構(gòu)的單相逆變器的情況下，由單極調(diào)制產(chǎn)生的泄漏電流更大，這會增加系統(tǒng)線路的損耗，降低電磁兼容性，并在整個電網(wǎng)中輸送這些特定的氣體。如果存在大量的電磁諧波，甚至沒有安全隱患。雙極電流調(diào)制器基于新型雙橋控制電路的基本結(jié)構(gòu)，因此它產(chǎn)生的DC共模輸出電壓之間的差幾乎完全恒定，因此只有它產(chǎn)生的DC共模輸出電流為。與單極高頻調(diào)制開關(guān)相比，雙極高頻調(diào)制開關(guān)的開關(guān)損耗可能更大。在高頻AC高壓網(wǎng)絡(luò)的整個工作周期中，四個高頻開關(guān)調(diào)制二極管可以在高頻調(diào)制狀態(tài)下同時工作，調(diào)制產(chǎn)生的高頻開關(guān)損耗大約是總單極性的兩倍，輸出電壓在+Udc和-Udc之間變化，并且產(chǎn)生的電流紋波也可以單極性控制。這增加了交流濾波器的電感損耗。本文使用六開關(guān)拓撲H6。兩個二極管連接到逆變器橋兩個臂的中心。自由旋轉(zhuǎn)是通過二極管路徑完成的，并且在自由旋轉(zhuǎn)期間可以將電池面板與電網(wǎng)斷開。減少共模下的電壓波動。也許我們可以充分利用這種技術(shù)優(yōu)勢及其功能強大，損耗低的特點。1.3.1單相全橋H6拓撲結(jié)構(gòu)ACCL2L1D2Q6Q5Q4QACCL2L1D2Q6Q5Q4Q3Q2Q1NCdcUdc圖2-4H6拓撲主回路H6拓撲橋臂電路基本結(jié)構(gòu)如上圖2-4所示，D1、D2為續(xù)流二極管，Q1-Q6為開關(guān)管，C為濾波電容，L1、L2為濾波電感，Cdc為直流側(cè)電容，UAN、UBN分別為橋臂中點A、B對N點的電位。其中Q1、Q6為相同的高頻PWM，Q2、Q5為工頻驅(qū)動，Q4、Q3為相同的高頻PWM。.1.3.2工作模態(tài)分析 在負半周期中，Q2關(guān)閉，Q5接通，并且Q1和Q6在高頻PWM調(diào)制模式下工作；在正半周期Q5中，關(guān)閉Q5，Q2接通，并且Q1和Q6在高頻PWM調(diào)制模式下工作。圖中顯示了PWM單元的邏輯結(jié)構(gòu)2-5。Q4Q3Q6QQ4Q3Q6Q1Q4Q2圖2-5PWM驅(qū)動邏輯圖圖2-6(a-d)分別描述了H6拓撲存的4種工作狀態(tài)。通過對逆變器電路的主要工作原理和特性進行統(tǒng)計分析，正半周期中逆變器的輸出和輸入電壓分別為+Udc和0，正半周期中的輸出和輸入電壓為正-周期為Udc和0。因此，通過電路輸出的有功電壓和有功電流的值將與兩個單極性PWM配置相同。ACCL2L1DQ3Q6Q2UdcQ1Q4ACCL2L1DACCL2L1DQ3Q6Q2UdcQ1Q4ACCL2L1DQ6Q5Q4Q3Q2Q1UdcQ5(a)工作模態(tài)1 (b)工作模態(tài)2ACCL2L1DQ3Q6Q2UdcQ1Q4ACCL2L1DACCL2L1DQ3Q6Q2UdcQ1Q4ACCL2L1DQ6Q5Q4Q3Q2Q1UdcQ5(c)工作模態(tài)3 (d)工作模態(tài)4圖2-6H6拓撲工作模態(tài)分析1.3.3漏電流分析在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電部件與地面之間存在寄生電容。如果未隔離逆變器，則在打開開關(guān)時，風(fēng)力發(fā)電機組件和電網(wǎng)之間將與H4橋逆變器之間存在電氣連接，寄生電容，逆變器濾波電感和電流在其中流通的阻抗電容器電壓。這個回路，形成一個共模電流。雜散電容兩端的電壓近似表示為： Vcm≈0.5共模電流可表示為： icm=H6拓撲中寄生電容的共模電壓分析示意圖如2-7所示。CACCL2L1Q6Q3DQ5QCACCL2L1Q6Q3DQ5Q2Q4Q1CPV圖2-7H6共模電壓分析在本文中，拓撲電路結(jié)構(gòu)中的續(xù)流控制回路不適用于內(nèi)部主體中電流穩(wěn)定性相對較差的二極管，也不適合用于具有快速恢復(fù)和電流穩(wěn)定性的外部續(xù)流二極管。因為一般普通開關(guān)二極管的導(dǎo)線接通和關(guān)閉恢復(fù)持續(xù)時間很快，所以一般普通開關(guān)二極管的導(dǎo)線接通和關(guān)閉恢復(fù)期比另一般普通開關(guān)二極管的導(dǎo)線接通和關(guān)閉恢復(fù)期還要長，因此一般二極管的兩端反向和導(dǎo)通恢復(fù)期所可能產(chǎn)生的較大損耗很少會對其性能造成比較大的自動影響，因此，當一般的開關(guān)二極管自動關(guān)閉時，二極管兩端的反向電壓相對較低，損耗較大。因此，通用開關(guān)二極管兩端的通用反向電壓和較短繞組的恢復(fù)階段也可能是造成這種巨大損失的主要原因。盡管H6結(jié)構(gòu)不如H4