一种HERIC逆变电路、HERIC逆变器及其调制方法与流程

一种heric逆变电路、heric逆变器及其调制方法
技术领域
1.本技术涉及电力发电技术领域，具体涉及一种heric逆变电路、heric逆变器及其调制方法。


背景技术：

2.光伏作为一种可再生能源，在全球变暖和环境问题日益严重的今天，越来越广泛的应用于能源供应中。可再生能源的功率处理方式通常通过电源转换器来进行，逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶、光伏面板等)转变成定频定压或调频调压的交流电的转换器，能够处理来自能量产生级的恒定输出电压。但是由于效率和成本等问题的限制，拓扑结构成为一种解决思路。
3.基于heric(high efficient and reliable inverter concept，高效可靠逆变器概念拓扑)架构的交流信号，包括从恒定输入电压端口连接的逆变器电路，通过切换在不同的逆变器支路之间切换来产生交流信号，还包括位于逆变器输出端口和负载线之间的去耦开关元件。根据电路中各个逆变器支路的开关元件接收到的信号，在逆变支路之间选择性切换以便能够在换向时间点将逆变器支路与恒定输入电压端口去耦。
4.但是由于heric逆变电路中，经正弦脉宽调制的信号波形在生成信号换向时存在零交叉区域，在零交叉区域附近没有能量传递，这导致系统的低效率性能、低质量的输出电压和电流波形，以及引入能量分配网络的高谐波含量。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种heric逆变电路、heric逆变器及其调制方法，能够解决上述问题，在过零区域的能量传递得到平滑过渡，实现引入能量分配网络的低谐波含量。
6.本技术实施例的一方面，提供了一种heric逆变电路，包括能量产生级、heric拓扑、去耦开关单元、辅助去耦单元和滤波输出单元，其中，能量产生级连接于heric拓扑的直流侧的两极，heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧相连，去耦开关单元和辅助去耦单元分别位于heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧之间，且去耦开关单元的两端跨接于heric拓扑的交流侧的两极之间，辅助去耦单元的两端跨接于heric拓扑的交流侧的两极之间。
7.可选地，heric拓扑包括并联的第一桥臂和第二桥臂，并联的两端分别为heric拓扑的直流侧的两极，第一桥臂的中点和第二桥臂的中点分别为heric拓扑的交流侧的两极。
8.可选地，第一桥臂包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管的输出端与第二晶体管的输入端连接，第一晶体管的输入端和第二晶体管的输出端作为第一桥臂的两端分别与能量产生级的两极连接；第二桥臂包括第三晶体管和第四晶体管，第三晶体管的输出端与第四晶体管的输入端连接，第三晶体管的输入端和第四晶体管的输出端作为第二桥臂的两端分别与能量产生级的两极连接。
9.可选地，去耦开关单元包括第五晶体管和第六晶体管，第五晶体管的输出端与第六晶体管的输出端连接，第五晶体管的输入端和第六晶体管的输入端分别与heric拓扑的交流侧的两极连接，第五晶体管和第六晶体管的结构类型不同。
10.可选地，辅助去耦单元包括第七晶体管和第八晶体管，第七晶体管的输出端与第八晶体管的输出端连接，第七晶体管的输入端和第八晶体管的输入端分别与heric拓扑的交流侧的两极连接。
11.可选地，第七晶体管和第八晶体管为氮化镓场效应晶体管。
12.可选地，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管为场效应晶体管或双极型晶体管。
13.可选地，滤波输出单元包括第一电感器、第二电感器以及电容器，第一电感器和第二电感器的一端分别与heric拓扑的交流侧的两极连接，第一电感器和第二电感器的另一端通过电容器连接，且分别连接下游能量分配网络。
14.本技术实施例的另一方面，提供了一种heric逆变器，包括：控制器和前述任意一项的heric逆变电路，控制器分别与heric逆变电路的heric拓扑中各个晶体管的控制端连接以输出控制信号。
15.本技术实施例的又一方面，提供了一种heric逆变器的调制方法，包括：heric拓扑根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第一支路输出正信号，正信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络；去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于电网频率对正信号换向输出至下游能量分配网络；heric拓扑根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第二支路输出负信号，负信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络；去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于电网频率对所述负信号换向输出至下游能量分配网络。
16.本技术实施例的有益效果包括：
17.本技术提供了一种heric逆变电路，包括能量产生级、heric拓扑、去耦开关单元、辅助去耦单元和滤波输出单元，其中，能量产生级连接于heric拓扑的直流侧的两极，heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧相连，去耦开关单元和辅助去耦单元分别位于heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧之间，且去耦开关单元的两端跨接于heric拓扑的交流侧的两极之间，辅助去耦单元的两端跨接于heric拓扑的交流侧的两极之间。由能量产生级产生的恒定输出电压由heric拓扑的直流侧的两极接入，产生的交流信号由heric拓扑的交流侧输出至下游能量分配网络，在heric逆变电路生成的输出波形的过零区域的续留时间期间，控制信号激活去耦开关单元工作产生所需的电网频率，辅助去耦单元并联于heric拓扑的交流侧，辅助去耦单元基于电网频率对交流信号换向，从而实现在过零区域的能量传递的平滑过渡，降低电磁干扰emi噪声，实现引入能量分配网络的低谐波含量。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1是本技术实施例提供的一种heric逆变电路的电路图；
20.图2是本技术实施例提供的一种heric逆变器的波形示意图；
21.图3是本技术实施例提供的一种heric逆变器的调制方法的流程图。
22.图标：10-能量产生级；20-heric拓扑；201-第一晶体管；202-第二晶体管；203-第三晶体管；204-第四晶体管；205-第五晶体管；206-第六晶体管；207-第七晶体管；208-第八晶体管；220、221、222、223、224、225-信号；229-波形；30-去耦开关单元；40-辅助去耦单元；50-滤波输出单元；501-第一电感器；502-第二电感器；503-电容器。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.heric逆变电路通常连接与恒流输出电压端，例如，连接于光伏面板的输出端，将恒定输入的电压在两个逆变支路之间切换产生交流信号。
27.传统的heric逆变电路在工作中，两个逆变支路通过去耦开关元件实现换向切换产生交流信号，其中，去耦开关元件在换向时间点已经对于恒定输入电压端口和逆变支路之间进行去耦处理，通过使用超高频的去耦开关元件，以及采用高频开关策略以减少系统损耗并提高整体传输效率。但是在换向切换的过零区域，仍然会存在较为严重的电磁干扰emi噪声，而且，由于在过零区域附近没有能量传递，导致系统效率性能较低，引入能量分配网络的交流信号存在高谐波含量，影响交流信号的输出效果。
28.本技术实施例的一方面，提供了一种heric逆变电路，如图1所示，包括能量产生级10、heric拓扑20、去耦开关单元30、辅助去耦单元40和滤波输出单元50，其中，能量产生级10连接于heric拓扑20的直流侧的两极，heric拓扑20的交流侧与滤波输出单元50的接收侧相连，去耦开关单元30和辅助去耦单元40分别位于heric拓扑20的交流侧与滤波输出单元50的接收侧之间，且去耦开关单元30的两端跨接于heric拓扑20的交流侧的两极之间，辅助去耦单元40的两端跨接于heric拓扑20的交流侧的两极之间。
29.由能量产生极10输出的恒定的输出电压，由heric拓扑20的直流侧的两极输入，在heric拓扑20中包括两个并联的支路，通过在两个支路之间的切换产生交流信号，并由heric拓扑20的交流侧输出，去耦开关单元30和辅助去耦单元40分别并联的设置在heric拓扑20的交流侧的两极之间，在两个支路之间切换的信号末尾，通过控制信号激活去耦开关单元工作产生所需的电网频率，辅助去耦单元并联于heric拓扑的交流侧，辅助去耦单元基
于电网频率对交流信号换向，就能够在信号末尾的过零区域形成续流时间，从而使得输出至下游能量分配网络的信号平稳换向。
30.本技术提供了一种heric逆变电路，包括能量产生级10、heric拓扑20、去耦开关单元30、辅助去耦单元40和滤波输出单元50，其中，能量产生级10连接于heric拓扑20的直流侧的两极，heric拓扑20的交流侧与滤波输出单元50的接收侧相连，去耦开关单元30和辅助去耦单元40分别位于heric拓扑20的交流侧与滤波输出单元50的接收侧之间，且去耦开关单元30的两端跨接于heric拓扑20的交流侧的两极之间，辅助去耦单元40的两端跨接于heric拓扑20的交流侧的两极之间。由能量产生级10产生的恒定输出电压由heric拓扑20的直流侧的两极接入，产生的交流信号由heric拓扑20的交流侧输出至下游能量分配网络，在heric逆变电路生成的输出波形的过零区域的续留时间期间，控制信号激活去耦开关单元30工作产生所需的电网频率，辅助去耦单元40并联于heric拓扑20的交流侧，辅助去耦单元40基于电网频率对交流信号换向，从而实现在过零区域的能量传递的平滑过渡，降低电磁干扰emi噪声，实现引入能量分配网络的低谐波含量。
31.可选地，heric拓扑20包括并联的第一桥臂和第二桥臂，并联的两端分别为heric拓扑20的直流侧的两极，第一桥臂的中点和第二桥臂的中点分别为heric拓扑20的交流侧的两极。
32.可选地，第一桥臂包括第一晶体管201和第二晶体管202，第一晶体管201的输出端与第二晶体管202的输入端连接，第一晶体管201的输入端和第二晶体管202的输出端作为第一桥臂的两端分别与能量产生级10的两极连接；第二桥臂包括第三晶体管203和第四晶体管204，第三晶体管203的输出端与第四晶体管204的输入端连接，第三晶体管203的输入端和第四晶体管204的输出端作为第二桥臂的两端分别与能量产生级10的两极连接。
33.如图1所示，在heric拓扑20中，第一桥臂由第一晶体管201和第二晶体管202组成，第一晶体管201的输出端与第二晶体管202的输入端连接，第一晶体管201和第二晶体管202之间作为第一桥臂的中点，第二桥臂由第三晶体管203和第四晶体管204组成，第三晶体管203的输出端与第四晶体管204的输入端连接，第三晶体管203和第四晶体管204之间作为第二桥臂的中点，向第一晶体管201和第四晶体管204施加控制信号，第一晶体管201和第四晶体管204产生正信号，正弦脉宽调制形成如图2所示的信号220。去耦开关单元30根据信号222产生所需的电网频率，在正信号的末端的续留时间期间，辅助去耦单元40基于电网频率对正信号换向如图2中信号224。向第二晶体管202和第三晶体管203施加控制信号，第二晶体管202和第三晶体管203产生负信号，正弦脉宽调制形成如图2所示的信号221。去耦开关单元30根据信号223产生所需的电网频率，在负信号的末端的续留时间期间，辅助去耦单元40基于电网频率对负信号换向如图2中信号225。
34.如此，如图2所示，本技术实施例的heric逆变电路形成的输出波形如波形229所示，在过零区域使得能量传递平滑过渡。
35.可选地，去耦开关单元包括第五晶体管205和第六晶体管206，第五晶体管205的输出端与第六晶体管206的输出端连接，第五晶体管205的输入端和第六晶体管206的输入端分别与heric拓扑20的交流侧的两极连接，第五晶体管205和第六晶体管206的结构类型不同。
36.如图1所示，去耦开关单元30包括第五晶体管205和第六晶体管206，其中，第五晶
体管205和第六晶体管206的结构类型不同，例如，第五晶体管205和第六晶体管206均为三极管，若第五晶体管205为npn型三极管，则第六晶体管206为pnp型三极管；若第五晶体管205为pnp型三极管，则第六晶体管206为npn型三极管。又例如，第五晶体管205和第六晶体管206均为场效应晶体管，若第五晶体管205为结型p沟道场效应晶体管，则第六晶体管206为结型n沟道场效应晶体管；若第五晶体管205为结型n沟道场效应晶体管，则第六晶体管206为结型p沟道场效应晶体管。
37.可选地，辅助去耦单元40包括第七晶体管207和第八晶体管208，第七晶体管207的输出端与第八晶体管208的输出端连接，第七晶体管207的输入端和第八晶体管208的输入端分别与heric拓扑的交流侧的两极连接。
38.示例的，如图2所示，在heric拓扑20的两支路之间切换的信号末尾，也就是在信号的续留时间期间，辅助去耦单元40的第七晶体管207或者第八晶体管208基于产生的电网频率产生信号224或者信号225以对heric拓扑20的支路输出的高频信号进行换向。
39.可选地，第七晶体管207和第八晶体管208为氮化镓场效应晶体管。
40.氮化镓场效应晶体管(gallium nitride field-effect transistor)是一类以氮化镓以及铝氮化镓为基础材料的场效应晶体管。由于氮化镓材料具有好的散热性能、高的击穿电场、高的饱和速度等优点，氮化镓场效应晶体管在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面具有较佳的优势。
41.可选地，第一晶体管201、第二晶体管202、第三晶体管203、第四晶体管204、第五晶体管205和第六晶体管206为场效应晶体管或双极型晶体管。
42.第一晶体管201、第二晶体管202、第三晶体管203、第四晶体管204、第五晶体管205和第六晶体管206可以为场效应晶体管，如金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)，可以为双极型晶体管，如igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)等，并且本领域技术人员可以根据需要设置相应的类型和组合形式，可以根据应用环境和具体需求进行具体选型设置，当然，本技术实施例中，对于各个晶体管的类型不限于此，本领域技术人员还可以根据需要选用其他类型满足上述条件的晶体管，均在本技术方案的保护范围内。
43.可选地，滤波输出单元50包括第一电感器501、第二电感器502以及电容器503，第一电感器501和第二电感器502的一端分别与heric拓扑20的交流侧的两极连接，第一电感器501和第二电感器502的另一端通过电容器503连接，且分别连接下游能量分配网络。
44.本技术实施例的另一方面，提供了一种heric逆变器，包括：控制器和前述任意一项的heric逆变电路，控制器分别与heric逆变电路的heric拓扑中各个晶体管的控制端连接以输出控制信号。通过控制信号的控制调制，由能量产生级10产生的恒定输出电压由heric拓扑20的直流侧的两极接入，产生的交流信号由heric拓扑20的交流侧输出至下游能量分配网络，在heric逆变电路生成的输出波形的过零区域的续留时间期间，控制信号激活去耦开关单元30工作产生所需的电网频率，辅助去耦单元40基于电网频率对交流信号换向，从而实现在过零区域的能量传递的平滑过渡，降低电磁干扰emi噪声，实现引入能量分配网络的低谐波含量。
45.本技术实施例的又一方面，提供了一种heric逆变器的调制方法，如图3所示，调制方法包括：
46.s101、heric拓扑20根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第一支路输出正信号，正信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络。
47.s102、去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于电网频率对正信号换向输出至下游能量分配网络。
48.s103、heric拓扑根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第二支路输出负信号，负信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络。
49.s104、去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于电网频率对所述负信号换向输出至下游能量分配网络。
50.如图1所示，在heric拓扑20中，第一桥臂由第一晶体管201和第二晶体管202组成，第一晶体管201的输出端与第二晶体管202的输入端连接，第一晶体管201和第二晶体管202之间作为第一桥臂的中点，第二桥臂由第三晶体管203和第四晶体管204组成，第三晶体管203的输出端与第四晶体管204的输入端连接，第三晶体管203和第四晶体管204之间作为第二桥臂的中点，从而，第一晶体管201与第四晶体管204组成heric拓扑20的第一支路，首先，向第一晶体管201和第四晶体管204施加控制信号，第一晶体管201和第四晶体管204产生正信号，正弦脉宽调制形成如图2所示的信号220。然后，去耦开关单元30根据信号222产生所需的电网频率，在正信号的末端的续留时间期间，辅助去耦单元40基于电网频率对正信号换向如图2中信号224。第二晶体管202与第三晶体管203组成heric拓扑20的第二支路，再向第二晶体管202和第三晶体管203施加控制信号，第二晶体管202和第三晶体管203产生负信号，正弦脉宽调制形成如图2所示的信号221。然后，去耦开关单元30根据信号223产生所需的电网频率，在负信号的末端的续留时间期间，辅助去耦单元40基于电网频率对负信号换向如图2中信号225。本技术实施例的heric逆变电路形成的输出波形如图2中波形229所示，在过零区域使得能量传递平滑过渡。
51.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种heric逆变电路，其特征在于，包括能量产生级、heric拓扑、去耦开关单元、辅助去耦单元和滤波输出单元，其中，能量产生级连接于所述heric拓扑的直流侧的两极，所述heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧相连，所述去耦开关单元和所述辅助去耦单元分别位于所述heric拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧之间，且所述去耦开关单元的两端跨接于所述heric拓扑的交流侧的两极之间，所述辅助去耦单元的两端跨接于所述heric拓扑的交流侧的两极之间。2.根据权利要求1所述的heric逆变电路，其特征在于，所述heric拓扑包括并联的第一桥臂和第二桥臂，并联的两端分别为所述heric拓扑的直流侧的两极，所述第一桥臂的中点和所述第二桥臂的中点分别为所述heric拓扑的交流侧的两极。3.根据权利要求2所述的heric逆变电路，其特征在于，所述第一桥臂包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的输出端与所述第二晶体管的输入端连接，所述第一晶体管的输入端和所述第二晶体管的输出端作为所述第一桥臂的两端分别与所述能量产生级的两极连接；所述第二桥臂包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管的输出端与所述第四晶体管的输入端连接，所述第三晶体管的输入端和所述第四晶体管的输出端作为所述第二桥臂的两端分别与所述能量产生级的两极连接。4.根据权利要求3所述的heric逆变电路，其特征在于，所述去耦开关单元包括第五晶体管和第六晶体管，所述第五晶体管的输出端与所述第六晶体管的输出端连接，所述第五晶体管的输入端和所述第六晶体管的输入端分别与所述heric拓扑的交流侧的两极连接，所述第五晶体管和所述第六晶体管的结构类型不同。5.根据权利要求4所述的heric逆变电路，其特征在于，所述辅助去耦单元包括第七晶体管和第八晶体管，所述第七晶体管的输出端与所述第八晶体管的输出端连接，所述第七晶体管的输入端和所述第八晶体管的输入端分别与所述heric拓扑的交流侧的两极连接。6.根据权利要求5所述的heric逆变电路，其特征在于，所述第七晶体管和所述第八晶体管为氮化镓场效应晶体管。7.根据权利要求4所述的heric逆变电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管为场效应晶体管或双极型晶体管。8.根据权利要求1所述的heric逆变电路，其特征在于，所述滤波输出单元包括第一电感器、第二电感器以及电容器，所述第一电感器和所述第二电感器的一端分别与所述heric拓扑的交流侧的两极连接，所述第一电感器和所述第二电感器的另一端通过所述电容器连接，且分别连接下游能量分配网络。9.一种heric逆变器，其特征在于，包括：控制器和如权利要求1-8任意一项所述的heric逆变电路，所述控制器分别与所述heric逆变电路的heric拓扑中各个晶体管的控制端连接以输出控制信号。10.一种heric逆变器的调制方法，其特征在于，包括：heric拓扑根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第一支路输出正信号，所述正信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络；去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于所述电网频率对所述正信号换向输出至下游能量分配网络；
heric拓扑根据输入的控制信号进行正弦脉宽调制并由第二支路输出负信号，所述负信号经滤波输出单元输出至下游能量分配网络；去耦开关单元根据输入的驱动信号产生所需的电网频率，辅助去耦单元基于所述电网频率对所述负信号换向输出至下游能量分配网络。

技术总结
本申请提供一种HERIC逆变电路、HERIC逆变器及其调制方法，涉及电力发电技术领域，HERIC逆变电路包括能量产生级、HERIC拓扑、去耦开关单元、辅助去耦单元和滤波输出单元，其中，能量产生级连接于HERIC拓扑的直流侧的两极，HERIC拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧相连，去耦开关单元和辅助去耦单元分别位于HERIC拓扑的交流侧与滤波输出单元的接收侧之间，且去耦开关单元的两端跨接于HERIC拓扑的交流侧的两极之间，辅助去耦单元的两端跨接于HERIC拓扑的交流侧的两极之间能够在过零区域的能量传递得到平滑过渡，实现引入能量分配网络的低谐波含量。波含量。波含量。


技术研发人员：哈克布
受保护的技术使用者：广东致能科技有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2023/8/4