CN112019077A - 一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法；主电路单元包括：直流电源、主电路和交流负载，主电路分别与直流电源和交流负载连接，用于实现单相DC/AC逆变功能；主控制单元包括：输出检测单元、给定信号、反馈信号、控制器和PWM发生器，通过PWM发生器控制连接所述主电路单元，输出检测单元接收所述主电路的输出信号，并作为反馈信号传给控制器，构成闭环控制，使输出信号和给定信号相等；本发明能够通过控制器自动调节输出交流电压的大小和频率，具有开关损耗小、谐波电流小、滤波电感电容小、结构和工作原理简单等优点。

Description

一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，尤其涉及一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法。
背景技术
随着全球能源供应的日益紧张，人们对采用新能源分布式发电技术更加关注，虽然采用分布式发电技术，能有效利用各地丰富的清洁可再生能源，但随着分布式电源并网发电渗透率的日益增加，对传统电力***的供电稳定性和电能质量也带来了新的问题。逆变器作为可再生能源发电单元与电网之间的能量变换接口，为了减小分布式电源接入电网后，对大电网带来的不好的影响，必须保证送入电网中的电能安全、稳定和高质量。然而现有典型的单相逆变器，存在无法工作在软开关状态，开关损耗大；滤波电感电容值比较大；以及并网运行时并网电流含有丰富的开关谐波等不足。
目前为了减小开关损耗实现软开关功能，主要的方法是利用谐振原理，如公开号CN206517306U于2017.09.22公开了一种谐振直流环节的软开关逆变器，利用电感和电容发生谐振，实现在电力电子器件在开关时刻的电压或电流为零，开通和关断时刻电压为零时的开关，称为零电压开关(ZVS)；开通和关断时刻电流为零时的开关，称为零电流开关(ZCS)。但是利用此种方法需要增加额外电感或电容器件，增大了逆变器的重量、体积和成本，同时控制难度加大，降低了逆变器的可靠性。
为了减小LC滤波器的电感和电容值，从而减小滤波器体积，如公开号CN105450021A于2016.03.20公开了一种航空专用低压直流恒功率负载稳定方法，其中设计了一种基于滤波电感电流的高频分量直接注入占空比的方法，使得在相同功率负载下，显著降低LC滤波器的电感和电容。但是本方法是在交流量下通过控制方法来降低LC滤波器的电感和电容值，此方法只能有限的减小滤波器电感电容值，然而本发明当中的LC滤波器通过的电压、电流是直流量的，所以能更大程度地降低滤波器的体积。
通过以上叙述可以看出，目前改进型的新型单相逆变器或控制方法都是针对现有经典的全桥型单相逆变器某一方面的不足进行改进或优化，本发明提出的一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法，同时具备开关损耗小、谐波电流小、滤波电感电容小、结构和工作原理简单，可靠等突出优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在无法工作在软开关状态，开关损耗大、滤波电感电容值较大以及并网运行时并网电流含有丰富的开关谐波等不足，提供了一种基于buck电路的新型单相逆变器及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于buck电路的新型单相逆变器，包括：主电路单元，包括直流电源、主电路和交流负载，主电路分别与直流电源和交流负载连接，用于实现单相DC/AC逆变功能；主控制单元，包括：输出检测单元、给定信号、反馈信号、控制器和PWM发生器；通过PWM发生器控制连接所述主电路单元，输出检测单元接收所述主电路的输出信号，并作为反馈信号传给控制器，构成闭环控制，使输出信号和给定信号相等。
优选的，所述主电路单元包括：直流电源、主电路和交流负载；所述主电路包括：buck电路，由第五功率开关管、电力二极管、滤波电容和滤波电感组成，滤波电容和滤波电感构成LC滤波器，所述直流电源连接第五功率开关管，第五功率开关管连接电力二极管和LC滤波电路，buck电路中的第五功率开关管的占空比随着正弦半波变化规律而变化(即α＝|sin(ωt)|，α为第五功率开关管的占空比)，输出等效为正弦半波的脉冲方波，LC滤波电路将所述脉冲方波变成光滑的正弦半波；H桥，由第一至第四共4个功率开关管组成，所述LC滤波器与H桥连接，H桥的输出端接交流负载，以50Hz的频率连续改变buck电路的输出信号极性，使通过交流负载的电压波形为正弦曲线。
优选的，所述主控制单元的给定信号与反馈信号做差，再将误差信号送给控制器，控制器实时跟踪误差，控制器连接PWM发生器，通过PWM发生器产生PWM信号和控制信号，控制主电路中的5个功率开关器件。
优选的，给定信号为正弦信号。
优选的，所述控制器包括第一加法器、PR控制器、第二加法器和比例控制器K；所述给定信号和反馈信号传入第一加法器，第一加法器的输出及其传入 PR控制器后的输出均传入第二加法器，第二加法器再连接比例控制器K。
优选的，所述PWM发生器包括绝对值运算单元|Uk|和比较器；所述比例控制器K的输出信号Uk传入绝对值运算单元|Uk|，输出的正弦半波信号与需要的参照信号在比较器进行比较，输出PWM信号(用于第五功率开关管的控制)，或者比例控制器K的输出信号Uk直接与需要的参照信号在比较器进行比较(用于H桥功率开关管的控制)，输出控制信号。
优选的，基于buck电路的新型单相逆变器的控制方法，分为：第五功率开关管的控制，由所述PWM信号控制其占空比随正弦半波变化(即α＝|sin(ωt)|，α为第五功率开关管的占空比)，并产生与正弦半波等效的电压方波；第一及第三功率开关管的控制，当主控制单元检测到电压第一过零点时，控制第一及第三功率开关管处于导通状态，第二及第四功率开关管处于关断状态；第二及第四功率开关管的控制，当主控制单元检测到电压第二过零点时，控制第二及第四功率开关管处于导通状态，第一及第三功率开关管处于关断状态。
优选的，所述第五功率开关管的控制方法为：设Uref为给定信号，U0为反馈信号，Uref和U0通过第一加法器形成负反馈电压闭环控制，第一加法器输出的误差信号ΔU直接送给第二加法器，第一加法器输出的控制信号的是交流量，因此选用PR控制器控制，PR控制器的传递函数为：
Figure BDA0002075533160000041
(其中 Kp为比例项系数，KR为谐振系数，ω0为谐振频率)，所述ΔU与G(s)输入第二加法器后接着传入比例控制器K，再传入绝对值运算单元|Uk|，将控制信号求绝对值后，得到正弦半波控制信号，最后再与三角波参照信号在比较器进行比较输出第五功率开关管的PWM信号。
优选的，所述第一及第三功率开关管的控制和第二及第四功率开关管的控制方法为：比例控制器K的输出信号Uk，将其与0做大于比较即可得到第一及第三功率功率开关管的控制信号，即当电压为正半周时，第一及第三功率开关管处于导通状态，第二及第四功率开关管处于关断状态；若将其与0做小于比较即可得到第二及第四功率开关管的控制信号，即当电压为负半周时，第二及第四功率开关管处于导通状态，第一及第三功率开关管处于关断状态。
优选的，可控制基于buck电路的新型逆变器产生4种开关模式，分别为：
模式1：S5开通，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过Vs、S5、L、 Z、S1和S3形成回路，同时直流电源Vs给电容C充电，给交流负载Z供电；
模式2：S5关断，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过VD、L、Z、 S1和S3形成回路，同时电容C放电，VD起到续流作用；
模式3：S5开通，S1和S3关断，S2和S4开通；电流通过Vs、S5、Z、S4 和S2形成回路，此时直流电源Vs为电容L充电，为交流负载Z供电；
模式4：S5关断，S1和S3关断，S2和S4开通；此时电流通过VD、L、S4、 Z和S2形成回路，电容C放电，VD续流；
模式1和模式2对应交流输出正半周，模式3和模式4对应交流输出负半周，模式2和模式4是当开关S5关断时，电流通过二极管VD续流，形成回路，使得最终输出标准的正弦电压波形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：开关损耗小，传统逆变器的H桥四个开管工作在硬开关状态，而本发明的H桥工作在软开关状态，即零电压导通 (ZVS)状态，且开关频率为50Hz，所以开关频率低、损耗小；并网运行时并网电流的谐波小，传统的逆变器H桥四个开关管工作频率为载波频率，导致输出电流含有丰富的高次开关谐波，而此逆变器H桥开关工作在50Hz交流频率，输出谐波少；LC滤波器小，传统逆变器的滤波器是按照交流电设计的，而本发明LC滤波器通过的是直流电，所以可以按照直流设计滤波器，和传统相比，相同滤波效果下，此处的电感和电容更小；结构和工作原理简单、可靠，通过buck 电路和H桥的简易组合，工作原理简单可靠，但可克服现有单相逆变器的多种不足。
附图说明
图1为本发明主电路单元的主电路拓扑图；
图2为本发明主控制单元的原理结构框图；
图3为本发明中第五功率开关管的控制方法原理图；
图4为本发明中第一及第三功率开关管的控制方法原理图；
图5为本发明中第二及第四功率开关管的控制方法原理图；
图6为本发明主电路开关模式1时的电流回路示意图；
图7为本发明主电路开关模式2时的电流回路示意图；
图8为本发明主电路开关模式3时的电流回路示意图；
图9为本发明主电路开关模式4时的电流回路示意图；
图10为本发明仿真实例Vref＝200V时交流负载上的电压电流输出波形图；
图11为本发明仿真实例Vref＝150V时交流负载上的电压电流输出波形图。
1、直流电源；2、第五功率开关管；3、电力二极管；4、滤波电感；5、滤波电容；6、第一功率开关管；7、第二功率开关管；8、第三功率开关管；9、第四功率开关管；10、交流负载；11、给定信号；12、反馈信号；13、控制器； 14、PWM发生器；15、输出检测单元。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。
实施例1：如图1和图2所示，一种基于buck电路的新型单相逆变器包括：主电路单元，包括直流电源(1)、主电路和交流负载(10)，主电路分别与直流电源(1)和交流负载(10)连接，用于实现单相DC/AC逆变功能；主控制单元，包括：输出检测单元(15)、给定信号(11)、反馈信号(12)、控制器(13) 和PWM发生器(14)；通过PWM发生器(14)控制连接所述主电路单元，输出检测单元(15)接收所述主电路的输出信号，并作为反馈信号(12)传给控制器(13)，构成闭环控制，使输出信号和给定信号(11)相等。
如图1所示，所述主电路单元包括：直流电源(1)、主电路和交流负载(10)；所述主电路包括：buck电路，由第五功率开关管(2)、电力二极管(3)、滤波电容(4)和滤波电感(5)组成，滤波电容(4)和滤波电感(5)构成LC滤波器，所述直流电源(1)连接第五功率开关管(2)，第五功率开关管(2)连接电力二极管(3)和LC滤波电路，buck电路中的第五功率开关管(2)的占空比随着正弦半波变化规律而变化(即α＝|sin(ωt)|，α为第五功率开关管的占空比)，输出等效为正弦半波的脉冲方波(即V01处为脉冲方波)，LC滤波电路将所述脉冲方波变成光滑的正弦半波(即V02处为正弦半波)；H桥，由第一至第四共 4个功率开关管(6-9)组成，所述LC滤波器与H桥连接，H桥的输出接交流负载(10)，将buck电路的输出信号以50Hz的频率连续改变其极性，使通过交流负载(10)的电压波形图为正弦曲线(即V03处为正弦曲线)。本实施例中的H 桥工作在软开关状态，即零电压导通(ZVS)状态，且开关频率为50Hz，所以开关频率低、损耗小。
如图2所示，所述主控制单元的给定信号(11)与反馈信号(12)做差，再将误差信号送给控制器(13)，控制器(13)实时跟踪误差，控制器(13)连接PWM发生器(14)，通过PWM发生器(14)产生PWM信号和控制信号，控制主电路中的5个功率开关器件，最终使得反馈信号(12)和给定信号(11) 误差为零，即逆变器的输出信号的绝对值和给定信号(11)相等。
如图2所示，给定信号(11)为正弦信号。
如图3所示，所述控制器(13)包括第一加法器、PR控制器、第二加法器和比例控制器K；所述给定信号和反馈信号传入第一加法器，第一加法器的输出及其传入PR控制器后的输出均传入第二加法器，第二加法器再连接比例控制器K。
如图3至图5所示，所述PWM发生器(14)包括绝对值运算单元|Uk|和比较器；所述比例控制器K的输出信号Uk传入绝对值运算单元|Uk|，输出的正弦半波信号与需要的参照信号在比较器进行比较(用于第五功率开关管的控制)，输出PWM信号，或者比例控制器K的输出信号Uk直接与需要的参照信号在比较器进行比较(用于H桥功率开关管的控制)，输出控制信号。
如图2至图9所示，基于buck电路的新型单相逆变器的控制方法，分为：第五功率开关管(2)的控制，由所述PWM信号控制其占空比随正弦半波变化 (即α＝|sin(ωt)|，α为第五功率开关管的占空比)，并产生与正弦半波等效的电压方波；第一及第三功率开关管(6)、(8)的控制，当主控制单元检测到电压第一过零点时，控制第一及第三功率开关管(6)、(8)处于导通状态，第二及第四功率开关管(7)、(9)处于关断状态；第二及第四功率开关管(7)、(9) 的控制，当主控制单元检测到电压第二过零点时，控制第二及第四功率开关管 (7)、(9)处于导通状态，第一及第三功率开关管(6)、(8)处于关断状态。
如图3所示，所述第五功率开关管(2)的控制方法为：设Uref为给定信号 (11)，U0为反馈信号(12)，Uref和U0通过第一加法器形成负反馈电压闭环控制，第一加法器输出的误差信号ΔU直接送给第二加法器，第一加法器输出的控制信号的是交流量，因此选用PR控制器控制，PR控制器的传递函数为：
Figure BDA0002075533160000091
(其中Kp为比例项系数，KR为谐振系数，ω0为谐振频率)，所述ΔU与G(s)输入第二加法器后接着传入比例控制器K，再传入绝对值运算单元|Uk|，将控制信号求绝对值后，得到正弦半波控制信号，最后再与三角波参照信号在比较器进行比较输出第五功率开关管(2)的PWM信号。
如图4和图5所示，所述第一及第三功率开关管(6)、(8)的控制和第二及第四功率开关管(7)、(9)的控制方法为：比例控制器K的输出信号Uk，将其与0做大于比较即可得到第一及第三功率功率开关管(6)、(8)的控制信号，即当电压为正半周时，第一及第三功率开关管(6)、(8)处于导通状态，第二及第四功率开关管(7)、(9)处于关断状态；若将其与0做小于比较即可得到第二及第四功率开关管(7)、(9)的控制信号，即当电压为负半周时，第二及第四功率开关管(7)、(9)处于导通状态，第一及第三功率开关管(6)、(8) 处于关断状态。依此实现了H桥的4个功率开关管的交替导通，使得逆变器输出为标准正弦波。
如图6至图9所示，可控制基于buck电路的新型逆变器产生4种开关模式，分别为：
模式1(图6所示)：S5开通，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过 Vs、S5、L、Z、S1和S3形成回路，同时直流电源Vs给电容C充电，给交流负载Z供电；
模式2(图7所示)：S5关断，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过 VD、L、Z、S1和S3形成回路，同时电容C放电，VD起到续流作用；
模式3(图8所示)：S5开通，S1和S3关断，S2和S4开通；电流通过VS、 S5、Z、S4和S2形成回路，此时直流电源Vs为电容L充电，为交流负载Z供电；
模式4(图9所示)：S5关断，S1和S3关断，S2和S4开通；此时电流通过 VD、L、S4、Z和S2形成回路，电容C放电，VD续流；
模式1和模式2对应交流输出正半周，模式3和模式4对应交流输出负半周，模式2和模式4是当开关S5关断时，电流通过二极管VD续流，形成回路，使得最终输出标准的正弦电压波形。
本发明进一步给出具体的仿真实例：设定相关参数：a.直流电源电压： Vs＝200V；b.滤波电感：L＝6e-4H；c.滤波电容：C＝2e-5F；d.负载电阻：R＝5Ω； e.谐振频率：ω0＝100π；f.比例项系数：KR＝1。
(1)当设置指令电压Vref＝200V时，交流负载上的电压电流输出波形如图 10所示：①电压和电流波形很平滑，畸变率很小；②电压电流动态响应快，0.07s 已基本稳定；③输出电压没有达到200V，这是因为直流电源设置为200V，由于输出阻抗有电压损耗，所以输出电压略小于200V。
(2)当设置指令电压Vref＝150V时，交流负载上的电压电流输出波形如图 11所示，此时指令电压设定值小于直流电源电压设置值，指令电压输出电压达到150V，实现了无静差控制。
综上，本发明同时具备开关损耗小、谐波电流小、滤波电感电容小、结构和工作原理简单，可靠等突出优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于buck电路的新型单相逆变器，其特征在于，包括：
主电路单元，包括直流电源、主电路和交流负载，主电路分别与直流电源和交流负载连接，用于实现单相DC/AC逆变功能；
主控制单元，包括：输出检测单元、给定信号、反馈信号、控制器和PWM发生器；通过PWM发生器控制连接所述主电路单元，输出检测单元接收所述主电路的输出信号，并作为反馈信号传给控制器，构成闭环控制，使输出信号和给定信号相等。
2.根据权利要求1所述的一种基于buck电路的新型单相逆变器，其特征在于，所述主电路包括：
Buck电路，由第五功率开关管、电力二极管、滤波电容和滤波电感组成，滤波电容和滤波电感构成LC滤波器，所述直流电源连接第五功率开关管，第五功率开关管连接电力二极管和LC滤波电路，buck电路中的第五功率开关管的占空比随着正弦半波变化规律而变化，输出等效为正弦半波的脉冲方波，LC滤波电路将所述脉冲方波变成光滑的正弦半波；
H桥，由第一至第四共4个功率开关管组成，所述LC滤波器与H桥连接，H桥的输出端接交流负载，以50Hz的频率连续改变buck电路的输出信号极性，使通过交流负载的电压波形为正弦曲线。
3.根据权利要求1-3任一一种基于buck电路的新型单相逆变器的控制方法，其特征在于，所述主控制单元的给定信号与反馈信号做差，再将误差信号送给控制器，控制器实时跟踪误差，控制器连接PWM发生器，通过PWM发生器产生PWM信号和控制信号，控制主电路中的5个功率开关器件。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，给定信号为正弦信号。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制器包括第一加法器、PR控制器、第二加法器和比例控制器K；所述给定信号和反馈信号传入第一加法器，第一加法器的输出及其传入PR控制器后的输出均传入第二加法器，第二加法器再连接比例控制器K。
6.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述PWM发生器包括绝对值运算单元|Uk|和比较器；所述比例控制器K的输出信号Uk传入绝对值运算单元|Uk|，输出的正弦半波信号与需要的参照信号在比较器进行比较，输出PWM信号，或者比例控制器K的输出信号Uk直接与需要的参照信号在比较器进行比较输出控制信号。
7.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，分为：
第五功率开关管的控制，由所述PWM信号控制其占空比随正弦半波变化，并产生与正弦半波等效的电压方波；
第一及第三功率开关管的控制，当主控制单元检测到电压第一过零点时，控制第一及第三功率开关管处于导通状态，第二及第四功率开关管处于关断状态；
第二及第四功率开关管的控制，当主控制单元检测到电压第二过零点时，控制第二及第四功率开关管处于导通状态，第一及第三功率开关管处于关断状态。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第五功率开关管的控制方法为：设Uref为给定信号，U0为反馈信号，Uref和U0通过第一加法器形成负反馈电压闭环控制，第一加法器输出的误差信号ΔU直接送给第二加法器，第一加法器输出的控制信号的是交流量，因此选用PR控制器控制，PR控制器的传递函数为：
Figure FDA0002075533150000021
(其中Kp为比例项系数，KR为谐振系数，ω0为谐振频率)，所述ΔU与G(s)输入第二加法器后接着传入比例控制器K，再传入绝对值运算单元|Uk|，将控制信号求绝对值后，得到正弦半波控制信号，最后再与三角波参照信号在比较器进行比较输出第五功率开关管的PWM信号。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第一及第三功率开关管的控制和第二及第四功率开关管的控制方法为：比例控制器K的输出信号Uk，将其与0做大于比较即可得到第一及第三功率功率开关管的控制信号，即当电压为正半周时，第一及第三功率开关管处于导通状态，第二及第四功率开关管处于关断状态；若将其与0做小于比较即可得到第二及第四功率开关管的控制信号，即当电压为负半周时，第二及第四功率开关管处于导通状态，第一及第三功率开关管处于关断状态。
10.根据权利要求7、8或9所述的控制方法，其特征在于：可控制基于buck电路的新型逆变器产生4种开关模式，分别为：
模式1：S5开通，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过Vs、S5、L、Z、S1和S3形成回路，同时直流电源Vs给电容C充电，给交流负载Z供电；
模式2：S5关断，S1和S3开通，S2和S4关断；此时电流通过VD、L、Z、S1和S3形成回路，同时电容C放电，VD起到续流作用；
模式3：S5开通，S1和S3关断，S2和S4开通；电流通过VS、S5、Z、S4和S2形成回路，此时直流电源Vs为电容L充电，为交流负载Z供电；
模式4：S5关断，S1和S3关断，S2和S4开通；此时电流通过VD、L、S4、Z和S2形成回路，电容C放电，VD续流；
模式1和模式2对应交流输出正半周，模式3和模式4对应交流输出负半周，模式2和模式4是当开关S5关断时，电流通过二极管VD续流，形成回路，使得最终输出标准的正弦电压波形。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114781743A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 国网能源研究院有限公司 一种计及智能储能软开关的配电网扩展规划方法及***

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2399759Y (zh) * 1999-09-06 2000-10-04 北京汇众实业总公司 无触点型交流稳压器
US20070230220A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Delta Electronics, Inc. Current source inverter with energy clamp circuit and controlling method thereof having relatively better effectiveness
CN101060290A (zh) * 2006-04-21 2007-10-24 台达电子工业股份有限公司 具有能量钳位电路的电流源逆变器及其控制方法
CN202524315U (zh) * 2011-12-25 2012-11-07 牟英峰 Dc/ac并网逆变电路
CN103001511A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 阳光电源股份有限公司 一种电压变换器及其运行方法
CN103001523A (zh) * 2012-10-31 2013-03-27 上海交通大学 无附加电压零电压开关储能桥式逆变器及调制方法
CN103117670A (zh) * 2013-01-10 2013-05-22 中国石油大学(华东) 一种基于buck-boost电路的新型dc/ac逆变器
CN103138616A (zh) * 2013-03-21 2013-06-05 中国石油大学(华东) 一种新型组合式dc/ac变换器
WO2014077586A1 (ko) * 2012-11-13 2014-05-22 공주대학교 산학협력단 고장 감내형 pwm 스위칭에 의한 전력변환장치 및 그 제어방법
CN106452144A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 燕山大学 一种基于Zeta的升降压型三电平逆变器
CN207603216U (zh) * 2017-11-28 2018-07-10 嘉兴伏尔电子科技有限公司 一种多比例积分谐振控制器
CN207732451U (zh) * 2017-11-08 2018-08-14 国家电网公司 一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制***
CN108429453A (zh) * 2018-02-08 2018-08-21 中国第汽车股份有限公司 车载高压逆变转换装置及控制方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2399759Y (zh) * 1999-09-06 2000-10-04 北京汇众实业总公司 无触点型交流稳压器
US20070230220A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Delta Electronics, Inc. Current source inverter with energy clamp circuit and controlling method thereof having relatively better effectiveness
CN101060290A (zh) * 2006-04-21 2007-10-24 台达电子工业股份有限公司 具有能量钳位电路的电流源逆变器及其控制方法
CN103001511A (zh) * 2011-09-13 2013-03-27 阳光电源股份有限公司 一种电压变换器及其运行方法
CN202524315U (zh) * 2011-12-25 2012-11-07 牟英峰 Dc/ac并网逆变电路
CN103001523A (zh) * 2012-10-31 2013-03-27 上海交通大学 无附加电压零电压开关储能桥式逆变器及调制方法
WO2014077586A1 (ko) * 2012-11-13 2014-05-22 공주대학교 산학협력단 고장 감내형 pwm 스위칭에 의한 전력변환장치 및 그 제어방법
CN103117670A (zh) * 2013-01-10 2013-05-22 中国石油大学(华东) 一种基于buck-boost电路的新型dc/ac逆变器
CN103138616A (zh) * 2013-03-21 2013-06-05 中国石油大学(华东) 一种新型组合式dc/ac变换器
CN106452144A (zh) * 2016-11-03 2017-02-22 燕山大学 一种基于Zeta的升降压型三电平逆变器
CN207732451U (zh) * 2017-11-08 2018-08-14 国家电网公司 一种附带无源主动式孤岛检测的两级式光伏并网pr控制***
CN207603216U (zh) * 2017-11-28 2018-07-10 嘉兴伏尔电子科技有限公司 一种多比例积分谐振控制器
CN108429453A (zh) * 2018-02-08 2018-08-21 中国第汽车股份有限公司 车载高压逆变转换装置及控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114781743A (zh) * 2022-05-07 2022-07-22 国网能源研究院有限公司 一种计及智能储能软开关的配电网扩展规划方法及***

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