一种微型逆变器、微型逆变器的控制方法和光伏系统与流程

本技术涉及电力，尤其涉及一种微型逆变器、微型逆变器的控制方法和光伏系统。

背景技术：

1、在光伏发电系统中，微型逆变器通常是指功率小且具有组件级最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)功能的逆变器，可以将光伏组件提供的直流电转换为交流电并向电网供电，其中，单级式谐振双有源桥(dual active bridge，dab)型微型逆变器是一种典型的微型逆变器。由于单级式拓扑中交流侧无大电量电容且瞬时输出功率存在的二倍频功率波动，分别需要为在交流侧并联多级防雷器件避免浪涌电流造成功率器件的过压风险，并为直流侧配备功率解耦单元以吸收二倍频功率。然而，功能独立的防护器件会增大光伏发电系统的尺寸，也不利于系统的成本控制。

技术实现思路

1、本技术提供一种微型逆变器、微型逆变器的控制方法和光伏系统，能够在吸收二倍频功率的同时兼具浪涌电压防护，有利于微型逆变器以及光伏发电系统的尺寸和成本控制。

2、第一方面，提供了一种微型逆变器，包括原边桥臂、变压器、副边桥臂和第一功能电路，该变压器连接于原边桥臂、副边桥臂和第一功能电路之间，该变压器包括原边绕组，第一副边绕组和第二副边绕组，其中，该原边桥臂与该原边绕组连接，该副边桥臂与该第一副边绕组连接，该第一功能电路与该第二副边绕组连接。该第一功能电路包括功率解耦桥臂，电容桥臂和二极管整流桥，该功率解耦桥臂连接该第二副边绕组，该电容桥臂与该功率解耦桥臂并联，该二极管整流桥的输入端用于连接交流电网，该二极管整流桥的输出端用于连接于该电容桥臂的两端。

3、应理解，本技术实施例对该第一功能电路的命名不作限定，示例性的，该第一功能电路可以称为功率解耦及浪涌防护单元。

4、应理解，该微型逆变器还可以包括电磁干扰(electromagnetic interference，emi)滤波器，该emi滤波器连接于副边桥臂和交流电网之间，主要用于实现对差模和共模噪声的抑制。应理解，该emi滤波器可以为单级emi滤波结构或者两级emi滤波结构，本技术实施例对此不做限定。

5、应理解，该微型逆变器还可以包括控制器和驱动器，该控制器用于生成用于控制各个桥臂的开关动作的控制信号，该驱动器用于连接各个桥臂中的开关管并放大该控制信号以控制各个桥臂中的开关动作。

6、基于上述方案，第一功能电路能够通过电容吸收交流侧产生的二倍频功率波动，并在交流端口出现浪涌电压的情况下通过二极管整流桥和电容吸收浪涌电压。使用上述微型逆变器，能够在吸收二倍频功率的同时兼具浪涌电压防护，有利于光伏发电系统的尺寸和成本控制。

7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该原边桥臂包括相并联的第一原边桥臂和第二原边桥臂，该第一原边桥臂由第一开关管和第二开关管串联组成，该第二原边桥臂由第三开关管和第四开关管串联组成，其中，该第一开关管和该第二开关管互补导通，该第三开关管和该第四开关管互补导通，且该第一开关管超前该第四开关管的相位差为2倍的内移相角。

8、应理解，该第一原边桥臂的中点用于连接该原边绕组的一端，该第二原边桥臂的中点用于连接该原边绕组的另一端。

9、应理解，原边桥臂的具体结构可根据微型逆变器的实际需求进行调整，本技术实施例对此不作限定。

10、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制第一原边桥臂和第二原边桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低第一原边桥臂和第二原边桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

11、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该副边桥臂由第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管依次串联组成，该第六开关管和该第七开关管的串联连接点为该副边桥臂的中点，其中，当该交流电网的电压处于正半周期时，该第五开关管和该第七开关管互补导通，该第六开关管和该第八开关管保持导通状态，且该第一开关管超前该第五开关管的相位差为该内移相角和第一外移相角之和。当该交流电网的电压处于负半周期时，该第六开关管和该第八开关管互补导通，该第五开关管和该第七开关管保持导通状态，且该第一开关管超前该第八开关管的相位差为该内移相角和该第一外移相角之和。

12、应理解，由于微型逆变器的输出端用于连接交流电网，则副边桥臂的上桥臂开关管(即第五开关管和第六开关管)和下桥臂开关管(即第七开关管和第八开关管)在电网电压的负半周期会承受反向电压，因此副边侧桥臂的上桥臂开关管和下桥臂开关管均需为双向开关(即四象限开关)。其中，四象限开关为具有传导任一极性的电流和阻断任一极性的电压的功能的开关，任一极性为正极性或者负极性。

13、应理解，副边桥臂的具体结构可根据微型逆变器的实际需求进行调整，本技术实施例对此不作限定。

14、应理解，上述原边桥臂中的每个开关管可以是金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，igbt)、双极型三极管(bipolar junction transistor，bjt)以及绝缘栅型场效应管(metal oxide semiconductor，mos)中的一种，本技术对此不作限定。

15、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制副边桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低副边桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率解耦桥臂由第九开关管和第十开关管串联组成，该第九开关管和该第十开关管的串联连接点为该功率解耦桥臂的中点，其中，该第九开关管和该第十开关管互补导通，且该第一开关管超前该第九开关管的相位差为该内移相角和第二外移相角之和。

17、应理解，功率解耦桥臂的具体结构可根据微型逆变器的实际需求进行调整，本技术实施例对此不作限定。

18、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制功率解耦桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低功率解耦桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该电容桥臂由第一电容和第二电容串联组成，该第二副边绕组的另一端用于连接该第一电容和该第二电容的串联连接点。

20、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该功率解耦桥臂包括第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂，该第一功率解耦桥臂的中点用于连接该第二副边绕组的一端，该第二功率解耦桥臂的中点用于连接该第二副边绕组的另一端。

21、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该第一功率解耦桥臂由第九开关管和第十开关管串联组成，该第九开关管和该第十开关管的串联连接点为该功率解耦桥臂的中点，该第二功率解耦桥臂由第十一开关管和第十二开关管串联组成，该第十一开关管和该第十二开关管的串联连接点为该第二功率解耦桥臂的中点，其中，该第九开关管和该第十开关管互补导通，该第十一开关管和该第十二开关管互补导通，且该第一开关管超前该第九开关的相位差为该内移相角和第二外移相角之和。

22、基于上述方案，通过控制第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

23、应理解，微型逆变器中可以通过控制上述各个桥臂中的开关管的开关频率、内移相角、第一外移相角以及第二外移相角的大小，控制微型逆变器的原边侧向副边桥臂传输的瞬时输出功率与原边侧向第一功能电路传输的瞬时输出功率之和等于该微型逆变器的输出功率的直流分量，即使得微型逆变器的直流侧(即变压器的原边侧)仅提供逆变器的输出功率的直流分量，并使得第一功能电路仅提供逆变器的输出功率的交流分量，从而实现功率解耦。

24、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该微型逆变器还包括第一谐振电感和第二谐振电感，该第一谐振电感用于连接于该第一副边绕组和该副边桥臂之间，该第二谐振电感用于连接于该第二副边绕组和该功率解耦桥臂之间。

25、应理解，该第一谐振电感可以是由该第一副边绕组的漏感形成的，和/或，该第二谐振电感可以是由该第二副边绕组的漏感形成的。

26、基于上述方案，微型逆变器可以根据实际需求调整第一谐振电感和第二谐振电感的类型，适用性强。

27、第二方面，提供了一种微型逆变器的控制方法，该控制方法包括：控制原边桥臂向第一功能电路输出第一功率，该第一功率与微型逆变器的输出功率中的二倍频波动功率的数值相等且相位相反，并控制该原边桥臂向副边桥臂输出第二功率，该第二功率与该第一功率之和等于该输出功率的直流分量，该微型逆变器包括该原边桥臂、变压器、该副边桥臂和该第一功能电路，该变压器连接于该原边桥臂、该副边桥臂和该第一功能电路之间，该变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，该原边桥臂与该原边绕组连接，该副边桥臂与该第一副边绕组连接，该第一功能电路与该第二副边绕组连接。其中，该第一功能电路包括功率解耦桥臂、电容桥臂和二极管整流桥，该功率解耦桥臂连接该第二副边绕组，该电容桥臂与该功率解耦桥臂并联，该二极管整流桥的输入端用于连接交流电网，该二极管整流桥的输出端用于连接于该电容桥臂的两端。

28、应理解，上述二倍频波动功率、第一功率以及第二功率为瞬时输出功率，其具体表达式可参考实施例相关内容，此处不作赘述。

29、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制原边桥臂向副边桥臂传输的瞬时输出功率与原边侧向第一功能电路传输的瞬时输出功率之和等于该微型逆变器的输出功率的直流分量，使得微型逆变器的直流侧(即变压器的原边侧)仅提供逆变器的输出功率的直流分量，并使得第一功能电路仅提供逆变器的输出功率的交流分量，从而实现功率解耦的效果。同时，该第一功能电路还可以在交流端口出现浪涌电压的情况下通过二极管整流桥和电容吸收浪涌电压。使用上述微型逆变器，能够在吸收二倍频功率的同时兼具浪涌电压防护，有利于光伏发电系统的尺寸和成本控制。

30、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该原边桥臂包括相并联的第一原边桥臂和第二原边桥臂，该第一原边桥臂由第一开关管和第二开关管串联组成，该第二原边桥臂由第三开关管和第四开关管串联组成，该控制方法还包括控制该第一开关管和该第二开关管互补导通，并控制该第三开关管和该第四开关管互补导通，其中，该第一开关管超前该第四开关管的相位差为2倍的内移相角。

31、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制第一原边桥臂和第二原边桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低第一原边桥臂和第二原边桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

32、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该控制方法还包括：控制第一开关管和第二开关管互补导通，并控制第三开关管和第四开关管互补导通，且该第一开关管超前该第四开关管的相位差为2倍的内移相角。其中，该原边桥臂包括相并联的该第一原边桥臂和该第二原边桥臂，该第一原边桥臂由该第一开关管和该第二开关管串联组成，该第二原边桥臂由该第三开关管和该第四开关管串联组成。

33、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制副边桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低副边桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

34、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该方法还包括：当该交流电网的电压处于正半周期时，控制第五开关管和第七开关管互补导通，并控制第六开关管和第八开关管保持导通状态，且该第一开关管超前该第五开关管的相位差为该内移相角和第一外移相角之和，其中，该副边桥臂由该第五开关管、该第六开关管、该第七开关管和该第八开关管依次串联组成，该第六开关管和该第七开关管的串联连接点为该副边桥臂的中点。当该交流电网的电压处于负半周期时，控制该第六开关管和该第八开关管互补导通，并控制该第五开关管和该第七开关管保持导通状态，且该第一开关管超前该第八开关管的相位差为该内移相角和该第一外移相角之和。

35、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制功率解耦桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低功率解耦桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

36、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该方法还包括：控制该内移相角为0，则该第二功率满足：

37、

38、其中，m1用于表示该副边桥臂的电压增益比，n1用于表示该原边绕组和该第一副边绕组的匝数比，vin用于表示该光伏组件的瞬时输出电压，x1用于表示该副边桥臂的谐振腔阻抗，θ1用于表示该第一外移相角，其中，该光伏组件与该微型逆变器的输入端连接；以及，

39、该第一功率满足：

40、

41、其中，m2用于表示该第一功能电路的电压增益比，n2用于表示该原边绕组和该第二副边绕组的匝数比，x2用于表示该第一功能电路的谐振腔阻抗，θ2用于表示该第二外移相角。

42、基于上述方案，微型逆变器可以通过控制内移相角、第一外移相角和第二外移相角的大小，控制微型逆变器对第一功率和第二功率的数值，控制准确性强。

43、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该电容桥臂由第一电容和第二电容串联组成，该第二副边绕组的另一端用于连接该第一电容和该第二电容的串联连接点。

44、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该功率解耦桥臂包括第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂，该第一功率解耦桥臂的中点用于连接该第二副边绕组的一端，该第二功率解耦桥臂的中点用于连接该第二副边绕组的另一端。

45、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该方法还包括：控制第九开关管和第十开关管互补导通，并控制第十一开关管和第十二开关管互补导通，且该第一开关管超前该第九开关的相位差为该内移相角和第二外移相角之和。其中，该第一功率解耦桥臂由该第九开关管和该第十开关管串联组成，且该第九开关管和该第十开关管的串联连接点为该第一功率解耦桥臂的中点，该第二功率解耦桥臂由该第十一开关管和该第十二开关管串联组成，且该第十一开关管和该第十二开关管的串联连接点为该第二功率解耦桥臂的中点。

46、基于上述方案，通过控制第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂中的开关管的驱动时序来实现每个开关管的软开关控制，从而降低第一功率解耦桥臂和第二功率解耦桥臂中每个开关管的导通损耗，进而实现微型逆变器的高效率输出。

47、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该微型逆变器还包括第一谐振电感和第二谐振电感，该第一谐振电感用于连接于该第一副边绕组和该副边桥臂之间，该第二谐振电感用于连接于该第二副边绕组和该功率解耦桥臂之间。

48、其中，该第一谐振电感可以是由该第一副边绕组的漏感形成的，和/或，该第二谐振电感可以是由该第二副边绕组的漏感形成的。

49、基于上述方案，微型逆变器可以根据实际需求调整第一谐振电感和第二谐振电感的类型，适用性强。

50、第三方面，提供了一种光伏系统，该光伏系统包括：直流电源和微型逆变器，该微型逆变器用于连接于该光伏组件和交流电网之间，该微型逆变器包括原边桥臂、变压器、副边桥臂和第一功能电路，该变压器连接于原边桥臂、副边桥臂和第一功能电路之间，该变压器包括原边绕组，第一副边绕组和第二副边绕组，该原边桥臂与该原边绕组连接，该副边桥臂与该第一副边绕组连接，该第一功能电路与该第二副边绕组连接。其中，该第一功能电路包括功率解耦桥臂、电容桥臂和二极管整流桥，该功率解耦桥臂连接该第二副边绕组，该电容桥臂与该功率解耦桥臂并联，该二极管整流桥的输入端用于连接该交流电网，该二极管整流桥的输出端用于连接于该电容桥臂的两端。

51、应理解，关于第一方面的补充、解释和有益效果的说明，同样适用于如上第二方面和第三方面，为简洁不再赘述。