CN101841252B

CN101841252B - 一种主动能量解耦的光伏并网逆变器

Info

Publication number: CN101841252B
Application number: CN2010101731311A
Authority: CN
Inventors: 古俊银; 吴红飞
Original assignee: INVOLAR Corp Ltd
Current assignee: INVOLAR Corporation Ltd.
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: CN101841252A

Abstract

本发明的目的在于公开了一种主动能量解耦的光伏并网逆变器，它包括第一反激变换器、第二反激变换器、调压变换器、输出滤波电路和逆变电路；实现了光伏并网逆变器输出功率与太阳能光伏阵列输出功率的解耦，大大减小了太阳能光伏阵列输出功率的脉动，减小了由于最大功率点跟踪(MPPT)而引起的波动损耗，提高了光伏阵列的转换效率；只需采用小容量、高可靠性的非电解电容，克服了由于采用电解电容而导致光伏并网逆变器寿命缩短、可靠性降低的缺点，提高了光伏并网逆变器的寿命和可靠性；降低了反激变换器中变压器的峰值功率，减小了变压器体积，有利于降低损耗，提高变换效率，实现本发明的目的。

Description

一种主动能量解耦的光伏并网逆变器

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏并网逆变器，特别涉及一种太阳能光伏并网发电技术领域，只需使用小容量非电解电容即可实现功率解耦的主动能量解耦的光伏并网逆变器。

背景技术

太阳能作为一种无污染、可再生的新能源具有非常广阔的应用和发展前景，随着社会经济的发展，利用太阳能发电成为解决生产生活能源、改善环境污染问题的一条可靠途径，可以取得巨大的经济效益和社会效益，太阳能在我国已经成为继水力、风力之后，最主要的可再生能源。

光伏并网逆变器是太阳能光伏阵列与电网连接的桥梁，是光伏发电系统的核心部分，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能。

在传统的光伏发电系统中，由多组光电模块组成太阳能光伏阵列(PV)来获取足够高的直流母线电压，再通过光伏并网逆变器逆变产生交流电压并入电网；由于太阳光照强度的变化以及附近建筑物、树木等障碍物的遮挡，太阳能光伏阵列(PV)的总输出功率会有明显的变化，为了使光伏发电系统始终工作在最大功率点上，AC模块的概念被提出。AC模块具有成本低、单级功率变换、发电效率高、易于扩展等优点，获得了广泛的研究，并有许多逆变器拓扑及相应的控制策略被报道，其中以反激式逆变器为代表，反激式逆变器可以工作在谐振软开关状态，具有较高的变换效率。

在太阳能光伏并网发电系统中，太阳能光伏阵列(PV)输出功率为平滑直流，而并网逆变器输出功率呈现周期性脉动的特性，因此在并网逆变器的直流输入侧需要并联很大的电解电容来实现太阳能光伏阵列(PV)输出功率与并网逆变器输出功率的解耦，但电解电容的引入不仅增加了整个太阳能光伏并网发电系统的体积，而且极大的缩短了太阳能光伏并网发电系统的使用寿命，降低了太阳能光伏并网发电系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动能量解耦的光伏并网逆变器，针对现有技术的不足，通过并联解耦方式，只需使用小容量非电解电容对部分功率实施两次高频变换即可实现功率解耦，适用于AC模块的太阳能光伏并网逆变器，等效的高频功率变换级数为1.318。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，它包括第一反激变换器、第二反激变换器、调压变换器、输出滤波电路和逆变电路；太阳能光伏阵列的输出电压通过一并联在太阳能光伏阵列的输出电压上的输入滤波电容分别与第一反激变换器的输入端和第二反激变换器的输入端连接，所述第二反激变换器的输出端通过一并联在所述第二反激变换器的输出端上的解耦电容与所述调压变换器的输入端连接，所述第一反激变换器的输出端与所述调压变换器的输出端互相连接并与所述输出滤波电容的输入端连接，所述输出滤波电容的输出端与所述逆变电路连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一反激变换器包括第一原边开关管、第一反激变压器和第一副边整流二极管；所述第一反激变压器的原边绕组的同名端与太阳能光伏阵列的输出电压的正极性端和所述输入滤波电容的一端连接，所述第一反激变压器的原边绕组的非同名端与所述第一原边开关管的漏极连接，所述第一原边开关管的源极与所述第二反激变换器、所述输入滤波电容的另一端以及太阳能光伏阵列的输出电压的负极性端连接，所述第一反激变压器的副边绕组的非同名端与所述第一副边整流二极管的阳极连接，所述第一副边整流二极管的阴极连接到所述输出滤波电路的输入端，所述第一反激变压器的副边绕组的同名端依次与所述输出滤波电路和所述逆变电路连接并接地。

在本发明的一个实施例中，所述第二反激变换器包括第二原边开关管、第二反激变压器和第二副边整流二极管；所述第二反激变压器的原边绕组的同名端与太阳能光伏阵列的输出电压的正极性端和所述输入滤波电容的一端连接，所述第二反激变压器的原边绕组的非同名端与所述第二原边开关管的漏极连接，所述第二原边开关管的源极与所述第一反激变换器、所述输入滤波电容的另一端以及太阳能光伏阵列的输出电压的负极性端连接，所述第二反激变压器的副边绕组的非同名端与所述第二副边整流二极管的阳极连接，所述第二副边整流二极管的阴极与所述解耦电容的一端连接并连接到所述调压变换器的输入端，所述第二反激变压器的副边绕组的同名端与所述解耦电容的另一端连接并连接到所述调压变换器的输入端。

在本发明的一个实施例中，所述输出滤波电路包括输出滤波电容和输出滤波电感；所述输出滤波电容的一端与所述输出滤波电感的一端互相连接并分别与所述第一反激变换器的输出端和第二反激变换器的输出端连接，所述输出滤波电容的另一端分别与所述第一反激变换器和所述逆变电路连接并接地，所述输出滤波电感的另一端与所述逆变电路的输入端连接。

在本发明的一个实施例中，所述逆变电路包括第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管以及第四逆变开关管；所述第一逆变开关管的漏极与所述第三逆变开关管的漏极互相连接并与所述输出滤波电路的输出端连接，所述第一逆变开关管的源极与所述第二逆变开关管的漏极连接并连接电网的一端，所述第三逆变开关管的源极与所述第四逆变开关管的漏极连接并连接电网的另一端，所述第二逆变开关管的源极与所述第四逆变开关管的源极连接并接地。

在本发明的一个实施例中，所述调压变换器包括升压电感、第一升压开关管、第二升压开关管以及升压二极管；所述升压电感的一端与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述升压电感的另一端分别与所述第一升压开关管的漏极和所述第二升压开关管的漏极连接，所述第一升压开关管的源极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地，所述第二升压开关管的源极与所述升压二极管的阳极连接，所述升压二极管的阴极分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接。

在本发明的一个实施例中，所述调压变换器包括升压电感、第一升压开关管、第二升压开关管以及升压二极管；所述升压电感的一端与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述升压电感的另一端与所述第二升压开关管的漏极连接，所述第二升压开关管的源极分别与所述第一升压开关管的漏极和所述升压二极管的阳极连接，所述升压二极管的阴极分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接，所述第一升压开关管的源极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地。

在本发明的一个实施例中，所述调压变换器包括降压电感、降压开关管以及降压二极管；所述降压开关管的漏极与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述降压开关管的源极分别连接所述降压电感的一端和所述降压二极管的阴极，所述降压二极管的阳极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地，所述降压电感的另一端分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接。

在本发明的一个实施例中，所述输入滤波电容、解耦电容及输出滤波电容为非电解电容。

在本发明的一个实施例中，所述第一原边开关管、第二原边开关管、第一升压开关管及第二升压开关管为高频开关管，所述第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管及第四逆变开关管为工频开关管，所述第二升压开关管的工作频率为两倍工频。

在本发明的一个实施例中，当光伏并网逆变器的输出功率不大于太阳能光伏阵列的输出功率时，第一反激逆变器与第二反激逆变器共同工作，调压变换器不工作，第一反激逆变器的输出功率经输出滤波电路及逆变电路将能量传输到电网上，也即第一反激逆变器的输出功率等于光伏并网逆变器的输出功率，太阳能光伏阵列输出的多余功率经第二反激逆变器储存在解耦电容中，第一反激逆变器与第二反激逆变器的输出功率之和等于太阳能光伏阵列的输出功率。

在本发明的一个实施例中，当光伏并网逆变器的输出功率大于太阳能光伏阵列的输出功率时，第一反激逆变器与调压变换器共同工作，第二反激逆变器不工作，第二升压开关管处于一直导通状态，第一反激逆变器的输出功率等于太阳能光伏阵列的输出功率，第一反激逆变器与调压变换器的输出功率经输出滤波电路和逆变电路将能量传输到电网上，也即第一反激逆变器与调压变换器输出功率之和等于太阳能光伏并网逆变器的输出功率。

本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器具有如下特点和技术效果：

(1)通过将功率脉动转化为解耦电容上的电压脉动，且由于解耦电容上的电压等级高于输入电压一个数量级，使得解耦电容容量可以呈现两个数量级的减少，即仅需使用小容量的非电解电容即可实现功率解耦，从而避免了使用电解电容，提高了系统寿命及可靠性；

(2)仅部分解耦功率经过了两级变换，提高了变换效率；

(3)输入输出高频电气隔离，且反激变压器的峰值功率大大减小，减小了反激变压器体积，有利于提高功率密度，提高变换效率。

本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器，实现了光伏并网逆变器输出功率与太阳能光伏阵列输出功率的解耦，大大减小了太阳能光伏阵列输出功率的脉动，减小了由于最大功率点跟踪(MPPT)而引起的波动损耗，提高了光伏阵列的转换效率；只需采用小容量、高可靠性的非电解电容，克服了由于采用电解电容而导致光伏并网逆变器寿命缩短、可靠性降低的缺点，提高了光伏并网逆变器的寿命和可靠性；降低了反激变换器中变压器的峰值功率，减小了变压器体积，有利于降低损耗，提高变换效率，实现本发明的目的。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1是本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器的电路原理图；

图2为本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器的各个部分在一个电网电压周期内输出功率的示意图；

图3为本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器模态一的等效电路图；

图4为本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器模态二的等效电路图；

图5为本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器在一个电网电压周期内主要工作的波形示意图；

图6为本发明的实施例2的电路原理图；

图7为本发明的实施例3的电路原理图。

附图标记：

10-第一反激变换器；20-第二反激变换器；30-升压电路；40-输出滤波电路；50-工频逆变电路；PV-太阳能光伏阵列；C_in-输入滤波电容；S_P1、S_P2分别为第一、第二原边开关管；T₁、T₂分别为第一、第二反激变压器；N_P1、N_S1分别为第一反激变压器的原边绕组和副边绕组；N_P2、N_S2分别为第二反激变压器的原边绕组和副边绕组；D_S1、D_S2分别为第一、第二副边整流二极管；C_D-解耦电容；L_B-升压电感；S_B1、S_B2分别为第一、第二升压开关管；D_B-升压二极管；C_O-输出滤波电容；L_O-输出滤波电感；S₁～S₄分别为第一至第四逆变开关管；u_PV为光伏阵列输出电压；u_G为电网电压；p_o-太阳能光伏并网逆变器输出功率；P_PV-光伏阵列输出功率；p₁-第一反激变换器输出功率；p₂-第二反激变换器输出功率；p_Bo-升压电路输出功率；ω-电网电压的角频率；t为时间；i_o-输出并网电流。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器，它包括第一反激变换器10、第二反激变换器20、调压变换器30、输出滤波电路40和逆变电路50；太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV通过一并联在太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV上的输入滤波电容C_in分别与第一反激变换器10的输入端和第二反激变换器20的输入端连接，第二反激变换器20的输出端通过一并联在第二反激变换器20的输出端上的解耦电容C_D与调压变换器30的输入端连接，第一反激变换器10的输出端与调压变换器30的输出端互相连接并与输出滤波电容40的输入端连接，输出滤波电容40的输出端与逆变电路50连接。

在实施例中，第一反激变换器10包括第一原边开关管S_P1、第一反激变压器T₁和第一副边整流二极管D_S1，第一反激变压器T₁包括原边绕组N_P1和副边绕组N_S1；第二反激变换器20包括第二原边开关管S_P2、第二反激变压器T₂和第二副边整流二极管D_S2，第二反激变压器T₂包括原边绕组N_P2和副边绕组N_S2；调压变换器30包括升压电感L_B、第一升压开关管S_B1、第二升压开关管S_B2以及升压二极管D_B；输出滤波电路40包括输出滤波电容C_O和输出滤波电感L_O；逆变电路50包括第一逆变开关管S₁、第二逆变开关管S₂、第三逆变开关管S₃以及第四逆变开关管S₄。

太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV的正极性端与输入滤波电容C_in的一端、第一反激变换器10的第一反激变压器T₁原边绕组N_P1的同名端和第二反激变换器20的第二反激变压器T₂原边绕组N_P2的同名端相连，第一反激变换器10的第一反激变压器T₁原边绕组N_P1的非同名端与第一原边开关管S_P1的漏极相连，第一反激变换器10的第一原边开关管S_P1的源极与第二反激变换器20的第二原边开关管S_P2的源极、输入滤波电容C_in的另一端以及太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV的负极性端相连，第二反激变换器20的第二原边开关管S_P2的漏极与第二反激变压器T₂原边绕组N_P2的非同名端相连，第一反激变换器10的第一反激变压器T₁副边绕组N_S1的非同名端与第一副边整流管D_S1的阳极相连，第二反激变换器20的第二反激变压器T₂副边绕组N_S2的非同名端与第二副边整流二极管D_S2的阳极相连，第二副边整流二极管D_S2的阴极分别与解耦电容C_D的一端和调压变换器30的升压电感L_B的一端相连，升压电感L_B的另一端分别与调压变换器30的第一升压开关管S_B1的漏极和第二升压开关管S_B2的漏极相连，第二升压开关管S_B2的源极与升压二极管D_B的阳极相连，升压二极管D_B的阴极分别与第一反激变换器10的第一副边整流管D_S1的阴极、输出滤波电路40的输出滤波电容C_O的一端以及输出滤波电路40的输出滤波电感L_O的一端相连，调压变换器30的第一升压开关管S_B1的源极分别连接于第一反激变换器10的第一反激变压器T₁副边绕组N_S1的同名端、第二反激变换器20的第二反激变压器T₂副边绕组N_S2的同名端、解耦电容C_D的另一端、输出滤波电容C_O的另一端、逆变电路50的第二逆变开关管S₂的源极以及第四逆变开关管S₄的源极，输出滤波电路40的输出滤波电感L_O的另一端分别连于第一逆变开关管S₁的漏极和第三逆变开关管S₃的漏极，第一逆变开关管S₁的源极分别连于第二逆变开关管S₂的漏极以及电网u_G的一端，第三逆变开关管S₃的源极分别连于第四逆变开关管S₄的漏极以及电网u_G的另一端。

在本实施例中，输入滤波电容C_in、解耦电容C_D及输出滤波电容C_O可以采用膜电容等非电解电容，第一原边开关管S_P1、第二原边开关管S_P2、第一升压开关管S_B1和第二升压开关管S_B2为高频开关管，实际开关频率可以从100kHz至400kHz之间变化，其具体实施时可以采用MOSFET，第一逆变开关管S₁、第二逆变开关管S₂、第三逆变开关管S₃及第四逆变开关管S₄为工频开关管，第二升压开关管S_B2的工作频率为两倍工频，由于开关频率较低，具体实施时可以采用MOSFET或者晶闸管。

本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器将第一反激变换器10和第二反激变换器20与调压变换器30有机结合在一起实现光伏阵列输出功率与并网逆变器输出功率的解耦。对于本发明所提出的太阳能光伏并网逆变器，其电网侧电压和电流分别为：

u_G＝U_Gsin(ωt) (1)

i_o＝I_Gsin(ωt) (2)

其中，u_G为电网电压瞬时值，U_G为电网电压峰值，i_o为输出并网电流瞬时值，I_G为逆变器输出电流峰值。则并网逆变器输出功率为：

p_o＝I_GU_Gsin²(ωt)＝P_osin²(ωt) (3)

因此，并网逆变器输出功率为频率等于二倍电网电压频率的脉动量，而光伏阵列输出功率P_PV为平滑的直流，根据能量平衡关系，光伏阵列输出功率等于并网逆变器单位功率周期内输出功率的平均值，即：

(参见图2)。根据光伏阵列输出功率P_PV与并网逆变器输出功率p_o的瞬时关系，太阳能光伏并网逆变器存在两种工作模态：

模态一：p_o≤P_PV

当p_o小于等于P_PV时，第一反激逆变器10与第二反激逆变器20共同工作，调压变换器30不工作，第一反激逆变器10的输出功率经输出滤波电路40及逆变电路50将能量传输到电网u_G上，也即第一反激逆变器10的输出功率p₁等于太阳能光伏并网逆变器的输出功率p_o，光伏阵列PV输出的多余功率经第二反激逆变器20储存在解耦电容C_D中，解耦电容C_D为高压电容，其电压允许在0到之间变化，第一反激逆变器10与第二反激逆变器20的输出功率之和等于光伏阵列PV输出功率P_PV，该模态的等效电路如图3所示。

模态二：p_o＞P_PV

当p_o大于P_PV时，第一反激逆变器10与升压变换器30共同工作，第二反激逆变器20不工作，第二反激逆变器20的第二升压开关管S_B2处于一直导通状态，在该模态下，第一反激逆变器10的输出功率p₁等于光伏阵列PV的输出功率P_PV，第一反激逆变器10与调压变换器30的输出功率经输出滤波电路40和逆变电路50将能量传输到电网u_G上，也即第一反激逆变器10与调压变换器30输出功率之和等于太阳能光伏并网逆变器的输出功率p_o，该模态下的等效电路如图4所示。调压变换器30输出能量即是模态一时在电容上存储的能量，只有这部分能量参与了两次高频功率变换。

在一个电网电压周期内，光伏并网逆变器各个部分的输出功率如图2所示。通过上面的分析可以发现，本发明太阳能光伏并网逆变器将光伏阵列PV输出功率P_PV与并网逆变器输出功率p_o的差值转移到解耦电容C_D上实现了两者的功率解耦，而输入滤波电容C_in仅起到滤除高频电流分量的作用，不用做功率解耦电容，因此只需要小容量的非电解电容即可满足要求。

通过上面的分析还可以发现，本发明的二次高频功率变换部分等价于第二反激逆变器20的平均功率，即0.318PPV，亦即等效高频功率变换级数为1.318，而串联式功率解耦的等效高频功率变换级数为2。

在电网电压的正半周，逆变电路50的第一逆变开关管S₁与第四逆变开关管S₄处于一直导通状态，第二逆变开关管S₂与第三逆变开关管S₃处于一直关断状态；在电网电压的负半周，第一逆变开关管S₁与第四逆变开关管S₄处于一直关断状态，第二逆变开关管S₂与第三逆变开关管S₃处于一直导通状态。

太阳能光伏并网逆变器在实际工作时，采用数字控制处理器实现并网逆变器的控制，通过锁相环实现并网逆变器输出电流与电网电压同相位，同时使得并网电流的幅值按照正弦规律变化。

实施例2

如图6所示，与实施例1相同，本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器，它包括第一反激变换器10、第二反激变换器20、调压变换器30、输出滤波电路40和逆变电路50；太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV通过一并联在太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV上的输入滤波电容C_in分别与第一反激变换器10的输入端和第二反激变换器20的输入端连接，第二反激变换器20的输出端通过一并联在第二反激变换器20的输出端上的解耦电容C_D与调压变换器30的输入端连接，第一反激变换器10的输出端与调压变换器30的输出端互相连接并与输出滤波电容40的输入端连接，输出滤波电容40的输出端与逆变电路50连接。

相对于实施例1，实施例2的区别在于调压变换器30内部第一升压开关管S_B1与第二升压开关管S_B2的连接关系不同。在本实施例中，第一升压开关管S_B1的漏极分别连于第二升压开关管S_B2的源极和升压二极管D_B的阳极，第一升压开关管S_B1的源极连于第一反激变换器10的第一反激变压器T₁副边绕组N_S1的同名端、第二反激变换器20的第二反激变压器T₂副边绕组N_S2的同名端、解耦电容C_D的另一端、输出滤波电路40的输出滤波电容C_O的另一端、逆变电路50的第二逆变开关管S₂的源极以及第四逆变开关管S₄的源极，第二升压开关管S_B2的漏极与升压电感L_B的另一端相连。

相对于实施例1，实施例2在第一升压开关管S_B1开通时能够利用电荷泵的原理对第二升压开关管S_B2的驱动电源进行充电，因此，有利于开关管驱动电路的实现。

实施例3

如图7所示，与实施例1相同，本发明的主动能量解耦的光伏并网逆变器，它包括第一反激变换器10、第二反激变换器20、调压变换器30、输出滤波电路40和逆变电路50；太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV通过一并联在太阳能光伏阵列PV的输出电压u_PV上的输入滤波电容C_in分别与第一反激变换器10的输入端和第二反激变换器20的输入端连接，第二反激变换器20的输出端通过一并联在第二反激变换器20的输出端上的解耦电容C_D与调压变换器30的输入端连接，第一反激变换器10的输出端与调压变换器30的输出端互相连接并与输出滤波电容40的输入端连接，输出滤波电容40的输出端与逆变电路50连接。

在实施例中，第一反激变换器10包括第一原边开关管S_P1、第一反激变压器T₁和第一副边整流二极管D_S1，第一反激变压器T₁包括原边绕组N_P1和副边绕组N_S1；第二反激变换器20包括第二原边开关管S_P2、第二反激变压器T₂和第二副边整流二极管D_S2，第二反激变压器T₂包括原边绕组N_P2和副边绕组N_S2；输出滤波电路40包括输出滤波电容C_O和输出滤波电感L_O；逆变电路50包括第一逆变开关管S₁、第二逆变开关管S₂、第三逆变开关管S₃以及第四逆变开关管S₄。

与实施例1的区别在于，在本实施例中，调压变换器30为包括降压电感L_B、降压开关管S_B以及降压二极管D_B的降压电路，该实施例的实施前提是解耦电容C_D的电压始终高于电网电压，相对于实施例1和实施例2，实施例2所需要的解耦电容容量更小，需要使用的开关管数量也减小了一个，因此成本更低，实施例3中调压变换器30部分的连接关系描述如下：降压开关管S_B的漏极连于第二反激变换器20的第二副边整流二极管D_S2的阴极和解耦电容C_D的一端，降压开关管S_B的源极分别连于降压二极管D_B的阴极及降压电感L_B的一端，降压电感L_B的另一端分别连于输出滤波电路40的输出滤波电容C_O的一端及输出滤波电感L_O的一端，降压二极管D_B的阳极连于第一反激变换器10的第一反激变压器T₁副边绕组N_S1的同名端、第二反激变换器20的第二反激变压器T₂副边绕组N_S2的同名端、解耦电容C_D的另一端、输出滤波电路40的输出滤波电容C_O的另一端、逆变电路50的第二逆变开关管S₂的源极以及第四逆变开关管S₄的源极。

如图5所示，太阳能光伏并网逆变器在一个电网电压周期内的主要工作波形。

以电网电压角度计量，稳态工作情况下，模态一与模态二的交点为45度和135度(225度和315度)。在实施例1与实施例2中，由于使用了升压电路，解耦电容C_D上的电压必须不大于电网峰值电压的0.707倍。而在实施例2中，由于使用了降压电路，解耦电容C_D上的电压必须大于电网峰值电压。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，它包括第一反激变换器、第二反激变换器、调压变换器、输出滤波电路和逆变电路；太阳能光伏阵列的输出电压通过一并联在太阳能光伏阵列的输出电压上的输入滤波电容分别与第一反激变换器的输入端和第二反激变换器的输入端连接，所述第二反激变换器的输出端通过一并联在所述第二反激变换器的输出端上的解耦电容与所述调压变换器的输入端连接，所述第一反激变换器的输出端与所述调压变换器的输出端互相连接并与输出滤波电容的输入端连接，所述输出滤波电容的输出端与所述逆变电路连接。

2.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述第一反激变换器包括第一原边开关管、第一反激变压器和第一副边整流二极管；所述第一反激变压器的原边绕组的同名端与太阳能光伏阵列的输出电压的正极性端和所述输入滤波电容的一端连接，所述第一反激变压器的原边绕组的非同名端与所述第一原边开关管的漏极连接，所述第一原边开关管的源极与所述第二反激变换器、所述输入滤波电容的另一端以及太阳能光伏阵列的输出电压的负极性端连接，所述第一反激变压器的副边绕组的非同名端与所述第一副边整流二极管的阳极连接，所述第一副边整流二极管的阴极连接到所述输出滤波电路的输入端，所述第一反激变压器的副边绕组的同名端依次与所述输出滤波电路和所述逆变电路连接并接地。

3.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述第二反激变换器包括第二原边开关管、第二反激变压器和第二副边整流二极管；所述第二反激变压器的原边绕组的同名端与太阳能光伏阵列的输出电压的正极性端和所述输入滤波电容的一端连接，所述第二反激变压器的原边绕组的非同名端与所述第二原边开关管的漏极连接，所述第二原边开关管的源极与所述第一反激变换器、所述输入滤波电容的另一端以及太阳能光伏阵列的输出电压的负极性端连接，所述第二反激变压器的副边绕组的非同名端与所述第二副边整流二极管的阳极连接，所述第二副边整流二极管的阴极与所述解耦电容的一端连接并连接到所述调压变换器的输入端，所述第二反激变压器的副边绕组的同名端与所述解耦电容的另一端连接并连接到所述调压变换器的输入端。

4.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述输出滤波电路包括输出滤波电容和输出滤波电感；所述输出滤波电容的一端与所述输出滤波电感的一端互相连接并分别与所述第一反激变换器的输出端和第二反激变换器的输出端连接，所述输出滤波电容的另一端分别与所述第一反激变换器和所述逆变电路连接并接地，所述输出滤波电感的另一端与所述逆变电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述逆变电路包括第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管以及第四逆变开关管；所述第一逆变开关管的漏极与所述第三逆变开关管的漏极互相连接并与所述输出滤波电路的输出端连接，所述第一逆变开关管的源极与所述第二逆变开关管的漏极连接并连接电网的一端，所述第三逆变开关管的源极与所述第四逆变开关管的漏极连接并连接电网的另一端，所述第二逆变开关管的源极与所述第四逆变开关管的源极连接并接地。

6.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述调压变换器包括升压电感、第一升压开关管、第二升压开关管以及升压二极管；所述升压电感的一端与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述升压电感的另一端分别与所述第一升压开关管的漏极和所述第二升压开关管的漏极连接，所述第一升压开关管的源极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地，所述第二升压开关管的源极与所述升压二极管的阳极连接，所述升压二极管的阴极分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接。

7.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述调压变换器包括升压电感、第一升压开关管、第二升压开关管以及升压二极管；所述升压电感的一端与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述升压电感的另一端与所述第二升压开关管的漏极连接，所述第二升压开关管的源极分别与所述第一升压开关管的漏极和所述升压二极管的阳极连接，所述升压二极管的阴极分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接，所述第一升压开关管的源极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地。

8.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述调压变换器包括降压电感、降压开关管以及降压二极管；所述降压开关管的漏极与所述第二反激变换器的输出端和所述解耦电容的一端连接，所述降压开关管的源极分别连接所述降压电感的一端和所述降压二极管的阴极，所述降压二极管的阳极分别连接所述第一反激变换器、所述第二反激变换器和所述解耦电容的另一端并接地，所述降压电感的另一端分别与所述第一反激变换器和所述输出滤波电路连接。

9.根据权利要求1或4所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述输入滤波电容、解耦电容及输出滤波电容为非电解电容。

10.根据权利要求2至8任一所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，所述第一原边开关管、第二原边开关管、第一升压开关管及第二升压开关管为高频开关管，所述第一逆变开关管、第二逆变开关管、第三逆变开关管及第四逆变开关管为工频开关管，所述第二升压开关管的工作频率为两倍工频。

11.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，当光伏并网逆变器的输出功率不大于太阳能光伏阵列的输出功率时，第一反激逆变器与第二反激逆变器共同工作，调压变换器不工作，第一反激逆变器的输出功率经输出滤波电路及逆变电路将能量传输到电网上，也即第一反激逆变器的输出功率等于光伏并网逆变器的输出功率，太阳能光伏阵列输出的多余功率经第二反激逆变器储存在解耦电容中，第一反激逆变器与第二反激逆变器的输出功率之和等于太阳能光伏阵列的输出功率。

12.根据权利要求1所述主动能量解耦的光伏并网逆变器，其特征在于，当光伏并网逆变器的输出功率大于太阳能光伏阵列的输出功率时，第一反激逆变器与调压变换器共同工作，第二反激逆变器不工作，第二升压开关管处于一直导通状态，第一反激逆变器的输出功率等于太阳能光伏阵列的输出功率，第一反激逆变器与调压变换器的输出功率经输出滤波电路和逆变电路将能量传输到电网上，也即第一反激逆变器与调压变换器输出功率之和等于太阳能光伏并网逆变器的输出功率。