本發明涉及電力電子，尤其涉及一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路、控制系統及控制方法。

背景技術：

1、隨著對環境問題的日益重視及全球能源價格上漲，各個國家開始重視可再生能源的發展；而在可再生能源技術中，光伏發電占據著重要的地位。光伏發電需要通過逆變器進行并網或將儲能輸出；現有的逆變器大多為兩級結構，前級為dc-dc（直流-直流）級，用于跟蹤光伏模塊的最大功率點，后級為dc-ac（直流-交流）級，用于向電網注入交流電。然而，這類逆變器因兩級結構而使用的開關管較多，造成的功率損耗較大；同時這類逆變器的體積較大，成本較高。因此，現有技術中的逆變器存在功耗損耗大的問題。

技術實現思路

1、本發明實施例提供了一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路、控制系統及控制方法，旨在解決現有技術中的逆變器所存在的功耗損耗大的問題。

2、第一方面，本發明實施例公開了一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其中，所述拓撲電路包括原邊半橋電路、變壓器和副邊半橋電路；

3、所述原邊半橋電路包括第一電容、第二電容、第一開關管及第二開關管；所述副邊半橋電路包括第三電容、第四電容、第三開關管、第四開關管、第五開關管及第六開關管；

4、所述第一電容的一端連接所述第一開關管的漏極，且連接點作為直流電源正極；所述第二電容的一端連接所述第二開關管的源極，且連接點作為直流電源負極；所述第一電容的另一端連接所述第二電容的另一端及所述變壓器的原邊異名端，所述第一開關管的源極連接所述第二開關管的漏極及所述變壓器的原邊同名端；

5、所述第三電容的一端連接所述第三開關管的漏極，且連接點作為一個交流輸入端；所述第四電容的一端連接所述第六開關管的漏極，且連接點作為另一個交流輸入端；所述第三開關管的源極連接所述第四開關管的源極，所述第四開關管的漏極連接所述第五開關管的漏極及所述變壓器的副邊同名端；所述第六開關管的源極連接所述第五開關管的源極；所述第三電容的另一端連接所述第四電容的另一端及所述變壓器的副邊異名端，所述變壓器的等效漏感串聯于副邊同名端與所述第四開關管的漏極之間；

6、負載并聯設置于兩個所述交流輸入端之間。

7、第二方面，本發明實施例還公開了一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制系統，其中，所述控制系統包括控制器、電壓傳感器、電流傳感器、脈沖調制單元及如上述第一方面所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路；

8、所述電壓傳感器的兩個電壓檢測端分別與兩個所述交流輸入端進行電連接，以測量電網側輸入電壓；

9、所述控制器分別與所述電壓傳感器的檢測輸出端、所述電流傳感器的檢測輸出端及所述脈沖調制單元的控制接收端相連接，所述脈沖調制單元的脈沖信號輸出端分別與所述單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路中各開關管的控制端相連接；

10、所述電流傳感器的檢測端串接于一個所述交流輸入端。

11、第三方面，本發明實施例還公開了一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制方法，其中，所述控制方法應用于如上述第二方面所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制系統的控制器中，所述控制方法包括：

12、通過電壓傳感器實時采集兩個交流輸入端所接入的電網側輸入電壓的幅值和角頻率；

13、根據預置的相移角表達式對所述角頻率進行解析，以計算得出當前時刻角頻率對應相位角；

14、將所述相位角與當前時刻角頻率的補償值相加得到相位補償角；

15、根據預置的開關頻率表達式對所述相位補償角進行計算，得到當前時刻開關管所對應的開關頻率；

16、將所述相位補償角及所述開關頻率輸入所述脈沖調制單元，以使所述脈沖調制單元輸入對應驅動信號至各開關管；

17、通過電流傳感器實時采集輸出電流值；

18、將所述輸出電流值與對應的計算值相減得到電流誤差值；

19、根據所述電流誤差值更新所述補償值。

20、本申請實施例公開了一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路、控制系統及控制方法，該拓撲電路包括原邊半橋電路、變壓器和副邊半橋電路；所述原邊半橋電路包括第一電容、第二電容、第一開關管及第二開關管；所述副邊半橋電路包括第三電容、第四電容、第三開關管、第四開關管、第五開關管及第六開關管。上述拓撲電路采用單極結構，減少了逆變器使用過程中功率傳輸的損耗；減少了所用開關管的數量，降低了器件運作時帶來的開關損耗，從而提升了逆變器的運行效率和功率密度；并將閉環控制的非線性函數進行線性化，優化了對逆變器進行調控的控制方法，降低了逆變器的控制難度。

技術特征：

1.一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其特征在于，所述拓撲電路包括原邊半橋電路、變壓器和副邊半橋電路；

2.根據權利要求1所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其特征在于，所述第一電容與所述第二電容的電容值相等，所述第三電容與所述第四電容的電容值相等。

3.根據權利要求2所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其特征在于，所述拓撲電路還包括濾波電路，所述濾波電路并聯設置于所述副邊半橋電路的兩個交流輸入端之間。

4.根據權利要求3所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其特征在于，所述濾波電路包括第一電感、第二電感及第五電容；

5.根據權利要求2或3所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路，其特征在于，所述第一開關管、所述第二開關管、所述第三開關管、所述第四開關管、所述第五開關管及所述第六開關管均為絕緣柵雙極晶體管或金屬-氧化物半導體場效應管。

6.一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制系統，其特征在于，所述控制系統包括控制器、電壓傳感器、電流傳感器、脈沖調制單元及如權利要求1-5任一項所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路；

7.一種單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制方法，其特征在于，所述控制方法應用于如權利要求6所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制系統的控制器中，所述控制方法包括：

8.根據權利要求7所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制方法，其特征在于，所述將所述相位補償角及所述開關頻率輸入所述脈沖調制單元，以使所述脈沖調制單元輸入對應驅動信號至各開關管，包括：

9.根據權利要求8所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制方法，其特征在于，在電網側輸入電壓大于或等于零的第一時段內，控制第一開關管、第四開關管、第五開關管及第六開關管導通，控制第二開關管及第三開關管關斷，等效漏感兩端承受的電壓為：；其中，n為變壓器中原邊繞組匝數與副邊繞組匝數之比，為直流輸入電壓，為電網側輸入電壓；

10.根據權利要求9所述的單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路的控制方法，其特征在于，所述電網側輸入電壓大于或等于零的第二時段內，控制第一開關管、第三開關管、第四開關管及第六開關管導通，控制第二開關管及第五開關管關斷，等效漏感兩端承受的電壓為：；

技術總結
本發明公開了單相雙有源半橋逆變器的拓撲電路、控制系統及控制方法，該拓撲電路包括原邊半橋電路、變壓器和副邊半橋電路；所述原邊半橋電路包括第一電容、第二電容、第一開關管及第二開關管；所述副邊半橋電路包括第三電容、第四電容、第三開關管、第四開關管、第五開關管及第六開關管。上述拓撲電路采用單極結構，減少了逆變器使用過程中功率傳輸的損耗；減少了所用開關管的數量，降低了器件運作時帶來的開關損耗，從而提升了逆變器的運行效率和功率密度；并將閉環控制的非線性函數進行線性化，優化了對逆變器進行調控的控制方法，降低了逆變器的控制難度。

技術研發人員：古少欽,邢浩威,楊毅,耿光超,江全元
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24