一种使用移相控制的逆变系统及逆变方法与流程

本技术涉及微型逆变器控制，尤其是涉及一种使用移相控制的逆变系统及逆变方法。

背景技术：

1、太阳能光伏微型逆变器的逆变方式有单级逆变和多级逆变两种；如图1所示，单级逆变是将光伏组件发出的直流电直接逆变到电网，这种方式具有电路简单、元器件少、可靠性高、效率高、功耗低等诸多优点，早期光伏微型逆变器普遍采用单级逆变方式；这种单级逆变方式，通常使用dc/ac模块的高频spwm控制，将光伏组件的直流电逆变成交流电再并网到交流电网，但是这种方式下，为了减少高频spwm造成光伏组件直流电压的高频多次纹波，保证光伏组件的最大功率输出，通常需要在光伏组件输出端，也就是微型逆变器输入端并联多个大容量的电解电容；

2、如图2所示，多级逆变则是先通过dc/dc模块将光伏组件的直流电压转换成400v直流母线电压，再通过dc/ac模块将400v直流母线电压逆变成交流电，实现并网操作；这种多级逆变方式，dc/dc模块通过采用高频pwm在一个工频周期内以预设的固定占空比，从光伏组件获取直流电能，这样后级按照正弦规律变化的高频spwm波形，不会对光伏组件输出的直流电压造成纹波干扰，保证光伏组件最大功率输出，这种方式下，400v的直流母线电压具备一定的缓冲弹性，通常只需要在400v直流母线两端并联少量几个大容量的电解电容即可，因此多级逆变方式逐渐成为现有微型逆变器的主流逆变方式；

3、通常情况下，普通逆变器有专门的场地进行布线和安装，普通逆变器的安装环境，例如温度等会比较适宜；但是，微型逆变器由于其高效和安装方便的优点，往往会应用在很多不同环境下，例如一些高温环境，但是由于微型逆变器内部采用的电解电容在高温情况下，使用寿命会大大缩短，进而导致了微型逆变器的寿命缩短。

技术实现思路

1、为了解决现有微型逆变器在高温环境下寿命缩短的问题，本技术提供一种使用移相控制的逆变系统及逆变方法。

2、第一方面，本技术提供一种使用移相控制的逆变系统，采用如下的技术方案：逆变系统包括第一逆变控制模块、第二逆变控制模块和移相模块；所述第一逆变控制模块的输入端和所述第二逆变控制模块的输入端均与光伏组件的输出端连接，所述第二逆变控制模块的输出端与所述移相模块的输入端连接，所述第一逆变控制模块的输出端和所述移相模块的输出端均与交流电网连接；

3、所述第一逆变控制模块，用于接收光伏组件输出的直流电，并对所述直流电进行调制，输出对应的第一交流电至交流电网；

4、所述第二逆变控制模块，用于接收光伏组件输出的直流电，并对所述直流电进行调制，输出对应的第二交流电至所述移相模块；

5、所述移相模块，用于将所述第二交流电进行移相处理，输出对应的第三交流电至交流电网；所述第三交流电与所述第一交流电同相。

6、通过采用上述技术方案，将逆变控制拆解为两条回路，并通过两次移相操作，在无需采用电解电容的情况下实现逆变控制，解决了现有微型逆变器在高温环境下寿命缩短的问题，而且逆变系统输出的电压也不会产生高频多次纹波。

7、在一个具体的可实施方案中，所述第一逆变控制模块包括第一dc/ac子模块；所述第二逆变控制模块包括第二dc/ac子模块；

8、所述第一dc/ac子模块，用于接收光伏组件输出的直流电，并采用第一spwm控制信号对所述直流电进行调制，输出对应的第一交流电至交流电网；

9、所述第二dc/ac子模块，用于接收光伏组件输出的直流电，并采用第二spwm控制信号对所述直流电进行调制，输出对应的第二交流电至交流电网。

10、在一个具体的可实施方案中，所述第一spwm控制信号的占空比duty1和所述第二spwm控制信号的占空比duty2之和，在同一时刻为固定值duty_max。

11、通过采用上述技术方案，第一spwm控制信号的占空比duty1和第二spwm控制信号的占空比duty2，可以合成固定占空比的pwm控制信号，通过单级逆变方式就实现了传统多级逆变方式中采用固定占空比的pwm获取直流电能的功能，减少了交直流的转换环节，提升了转换效率。

12、在一个具体的可实施方案中，所述第一dc/ac子模块包括开关管q1、开关管q2、开关管q3和开关管q4；所述第二dc/ac子模块包括开关管q5、开关管q6、开关管q7和开关管q8；

13、所述开关管q1分别与所述光伏组件、所述开关管q2、开关管q3和所述交流电网连接；所述开关管q2分别与所述光伏组件、所述开关管q4和所述交流电网连接；所述开关管q3分别与所述光伏组件、所述开关管q4和所述交流电网连接；所述开关管q4分别与所述光伏组件和所述交流电网连接；

14、所述开关管q5分别与所述光伏组件、所述开关管q6、开关管q7和所述交流电网连接；所述开关管q6分别与所述光伏组件、所述开关管q8和所述交流电网连接；所述开关管q7分别与所述光伏组件、所述开关管q8和所述移相模块连接；所述开关管q8分别与所述光伏组件和所述移相模块连接。

15、通过采用上述技术方案，第一dc/ac子模块和第二dc/ac子模块中，通过对多个开关管的连接设计，可以基于spwm调制技术，实现直流电到交流电的转换。

16、在一个具体的可实施方案中，所述第一逆变控制模块还包括第一滤波子模块，所述第一滤波子模块用于将所述第一dc/ac子模块输出的第一交流电进行滤波处理；

17、所述第二逆变控制模块还包括第二滤波子模块，所述第二滤波子模块用于将所述第二dc/ac子模块输出的第二交流电进行滤波处理；

18、所述第一滤波子模块和所述第二滤波子模块采用lc滤波器。

19、通过采用上述技术方案，增加第一滤波子模块和第二滤波子模块，滤除电路中干扰，使得第一交流电和第二交流电更加纯净。

20、在一个具体的可实施方案中，所述移相模块包括一个或多个并联连接的电容。

21、通过采用上述技术方案，利用电容在正弦交流电里具备电流超前电压90度的特性，实现第二交流电到第三交流电的转变，将与第一交流电相比滞后90度的第二交流电，经过电容移相后，恢复成与第一交流电相同的第三交流电，使得第二逆变控制模块输出的第三交流电与第一逆变控制模块输出的第一交流电保持同频同相。

22、在一个具体的可实施方案中，所述移相模块的电容容量c、逆变系统输出功率p、逆变系统输出电压u、逆变系统输出电压的频率f之间的关系为：c＝4πpu2f。

23、第二方面，本技术实施例提供一种微型逆变器，所述微型逆变器包括上述第一方面或第一方面任一项可实施方案中所述的使用移相控制的逆变系统。

24、第三方面，本技术实施例提供一种逆变方法，所述逆变方法应用于上述第一方面或第一方面任一项可实施方案中所述的使用移相控制的逆变系统，或者应用于上述第二方面所述的微型逆变器；所述逆变方法包括：

25、将所述逆变系统在一个周期内的逆变过程分为第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；第一阶段：所述第一逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从0逐渐增大至峰值的电压波形；所述第二逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从谷值逐渐增大0的电压波形；

26、第二阶段：所述第一逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从峰值逐渐降低至0；所述第二逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从0逐渐增大至峰值的电压波形；

27、第三阶段：所述第一逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从0逐渐降低至谷值的电压波形；所述第二逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从峰值逐渐降低至0的电压波形；

28、第四阶段：所述第一逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从谷值逐渐增大至0的电压波形；所述第二逆变控制模块，对所述直流电进行调制，并输出按照正弦波的变化趋势从0逐渐降低至谷值的电压波形。

29、在一个具体的可实施方案中，第一阶段：分别控制所述开关管q1和所述开关管q2工作在互补的调制状态、所述开关管q3断开、所述开关管q4导通，使所述第一交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从0逐渐增大至峰值；

30、分别控制所述开关管q5和所述开关管q6工作在互补的调制状态、所述开关管q7导通、所述开关管q8断开，使所述第二交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从谷值逐渐增大0；

31、第二阶段：分别控制所述开关管q1和所述开关管q2工作在互补的调制状态、所述开关管q3断开、所述开关管q4导通，使所述第一交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从峰值逐渐降低至0；

32、分别控制所述开关管q5和所述开关管q6工作在互补的调制状态、所述开关管q7断开、所述开关管q8导通，使所述第二交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从0逐渐增大至峰值；

33、第三阶段：分别控制所述开关管q1和所述开关管q2工作在互补的调制状态、所述开关管q3导通、所述开关管q4断开，使所述第一交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从0逐渐降低至谷值；

34、分别控制所述开关管q5和所述开关管q6工作在互补的调制状态、所述开关管q7断开、所述开关管q8导通，使所述第二交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从峰值逐渐降低至0；

35、第四阶段：分别控制所述开关管q1和所述开关管q2工作在互补的调制状态、所述开关管q3导通、所述开关管q4断开，使所述第一交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从谷值逐渐增大至0；

36、分别控制所述开关管q5和所述开关管q6工作在互补的调制状态、所述开关管q7保持导通、所述开关管q8保持断开，使所述第二交流电的电压波形按照正弦波的变化趋势从0逐渐降低至谷值。

37、综上所述，本技术的技术方案至少包括以下有益技术效果：

38、1、本技术通过两次移相操作，在无需采用电解电容的情况下实现逆变控制，将光伏组件输出的直流电转换为交流电，解决了现有微型逆变器在高温环境下寿命缩短的问题，而且逆变系统输出的电压也不会产生高频多次纹波；

39、2、本技术将逆变控制拆解为两条回路，一条回路通过第一逆变控制模块对直流电进行spwm调制之后输出第一交流电至交流电网；另一条回路通过第二逆变控制模块对直流电进行spwm调制之后输出第二交流电，且第二交流电与第一交流电之间的相位差为90度，之后由移相模块将第二交流电反移相90度之后，生成第三交流电并输出至交流电网；第一逆变控制模块和第二逆变控制模块两条回路同时逆变输出，且两条回路输出的交流电保持同频同相，实现并网操作；

40、3、本技术通过单级逆变方式就实现了传统多级逆变方式中采用固定占空比的pwm获取直流电能的功能，减少了交直流的转换环节，提升了转换效率。