一种适用于光伏发电的三电平逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于光伏发电的三电平逆变器,属于电力电子变换与智能电网领域。
【背景技术】
[0002]太阳能的利用是缓解全球能源紧缺与环境污染问题的重要途径,光伏发电就是近年来研宄的热点之一。采用目前成熟的电力电子变流技术可将太阳能转换成电能,进而实现电压变换与功率控制。
[0003]在电压型逆变器中,最早广泛应用的是两电平逆变器。两电平逆变器一个最大的弱点就是,受开关管功率和耐压的的限制,不宜实现高压大功率输出。为了解决这个问题,通常的办法是将开关管直接串联,但是这样做还需要解决开关管串联引起的静态和动态均压问题,同时还需要加入输出滤波器,以降低输出谐波和du/dt。为了解决上述技术难题,20世纪80年代,在电力电子技术领域中应电力系统直流输电、无功补偿、电力有源滤波以及高压大功率交流电动机变频调速的需要,多电平逆变器开始出现,并受到越来越多人们的关注。
[0004]多电平逆变器具有器件电压应力低、输出波形总谐波畸变率低、系统电磁干扰小、损耗小等优点,受到并网发电、新能源、燃料电池、交流电机调速领域的极大关注。
【发明内容】
[0005]在现有技术基础上,本实用新型公开了一种适用于光伏发电的三电平逆变器,它除具有多电平逆变器输出波形总谐波畸变率低、系统电磁干扰小、损耗小等优点之外,开关器件的电压应力减少为输入电压的一半,输出滤波电感和输出滤波电容的尺寸均有所减小,可以应用于高压大功率光伏发电场合。
[0006]本实用新型的技术方案为:一种适用于光伏发电的三电平逆变器,包括Boost升压电路、三电平逆变电路,光伏阵列、Boost升压电路、三电平逆变电路、负载依次连接,将光伏阵列输出直流电能变换成为交流电能并为负载供电;B00st升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感Lu、Boost升压电路开关器件Sp Boost升压电路二极管Dtl,三电平逆变电路包括直流侧储能电容C1、直流侧储能电容C2、开关器件S1' S 6及其各自的反并联二极管D1' D 6、钳位二极管D7、钳位二极管D8、输出滤波电感L、输出滤波电容C ;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接,光伏阵列输出正极与Boost升压电感L C1相连,Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件S C1的集电极、Boost升压电路二极管D ^的阳极相连,Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、开关器件S i的集电极、反并联二极管D1的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连,直流侧储能电容C1的另一端与直流侧储能电容C 2的一端、钳位二极管D 7的阳极、钳位二极管D 8的阴极相连,直流侧储能电容C2的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件Stl的发射极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D6的阳极相连,开关器件S i的发射极与反并联二极管D i的阳极、钳位二极管D 7的阴极、开关器件&的集电极、反并联二极管D 2的阴极相连,开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极、输出滤波电感L的一端、开关器件&的集电极、反并联二极管D3的阴极相连,输出滤波电感L的另一端与输出滤波电容C的一端相连,开关器件S3的发射极与反并联二极管D3的阳极、钳位二极管D 8的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连,开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极、输出滤波电容C的另一端、开关器件S 6的集电极、反并联二极管队的阴极相连,负载与输出滤波电容C并联连接;钳位二极管07的阳极与钳位二极管D8的阴极连接点接地。
[0007]本实用新型的有益效果是:1、Boost升压电路实现最大功率跟踪,三电平逆变电路降低了输出电压的总谐波畸变率,系统电磁干扰小、损耗小;2、三电平逆变电路中开关器件的电压应力减小为输入电压的一半,输出滤波电感和输出滤波电容的尺寸均有所减小,可以应用于高压大功率光伏发电场合。
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0009]图2为本实用新型等效电路图;开关器件S2的发射极与开关器件S3的集电极连接点记为节点a,开关器件S5的发射极与开关器件S 6的集电极连接点记为节点b,u ab为节点a、b之间的电压小为流过输出滤波电感L的电流。
[0010]图3为本实用新型工作模态I示意图。
[0011]图4为本实用新型工作模态2示意图。
[0012]图5为本实用新型工作模态3示意图。
[0013]图6为本实用新型工作模态4示意图。
[0014]图7为本实用新型工作模态5示意图。
[0015]图8为本实用新型工作模态6示意图。
【具体实施方式】
[0016]图1所示为适用于光伏发电的三电平逆变器拓扑结构示意图,包括Boost升压电路、三电平逆变电路,光伏阵列、Boost升压电路、三电平逆变电路、负载依次连接,将光伏阵列输出直流电能变换成为交流电能并为负载供电;BooSt升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感Lu、Boost升压电路开关器件Sd、Boost升压电路二极管Dtl,三电平逆变电路包括直流侧储能电容C1、直流侧储能电容C2、开关器件S1' S 6及其各自的反并联二极管
D6、钳位二极管D7、钳位二极管D8、输出滤波电感L、输出滤波电容C ;光伏阵列与光伏侧储能电容Cci并联连接,光伏阵列输出正极与Boost升压电感Lci相连,Boost升压电感Lci另一端与Boost升压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管D C1的阳极相连,Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D1的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连,直流侧储能电容C i的另一端与直流侧储能电容(:2的一端、钳位二极管D7的阳极、钳位二极管D8的阴极相连,直流侧储能电容C2的另一端与光伏阵列输出负极、Boo
st升压电路开关器件S (!的发射极、开关器件&的发射极、反并联二极管D 4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D 6的阳极相连,开关器件S1的发射极与反并联二极管D i的阳极、钳位二极管D 7的阴极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D2的阴极相连,开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极、输出滤波电感L的一端、开关器件&的集电极、反并联二极管D 3的阴极相连,输出滤波电感L的另一端与输出滤波电容C的一端相连,开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、钳位二极管D8的阳极、开关器件S 4的集电极、反并联二极管D 4的阴极相连,开关器件S 5的发射极与反并联二极管05的阳极、输出滤波电容C的另一端、开关器件56的集电极、反并联二极管D6的阴极相连,负载与输出滤波电容C并联连接;钳位二极管D 7的阳极与钳位二极管D8的阴极连接点接地。
[0017]Boost升压电路实现最大功率跟踪,为简化分析,将光伏阵列和Boost升压电路等效为一直流电压源Ud。,假设器件均为理想工作状态,则图1所示适用于光伏发电的三电平逆变器拓扑结构示意图可简化为图2所示等效电路图。图3至图8分别为图2所示等效电路图的工作模态I至工作模态6的示意图,实线表示此工作模态下的导通路径,虚线表示此工作模态下的非导通路径。
[0018]下面对本实用新型等效电路的各工作模式进行具体说明。
[0019]工作模态I:uab=+Udc,当iL> O时,i L流经S 1、S2、L、负载和S6,此时,由输入电源向负载提供能量;当O时,i漏经D 6、负载、L、D2和D1,此时输出端向Cp C2回馈能量。
[0020]工作模态2:uab=+Udc/2,当iL> O时,箝位二极管D 7导通,i L流经C 2、D7、S2、L、负载和s6,此时由C2向负载提供能量;当u< O时,箝位二极管D 8导通,i漏经D 6、负载、L、S3,DjP C2,此时输出端向C2回馈能量。
[0021]工作模态3:1^=0,此时,逆变器处于续流状态,当1>0时,匕流经04、03、1^、负载和36;当1<0时,1流经33、54、06几和负载。
[0022]工作模态4:Uab=-Udc,当iL> O时,i L流经D 4、D3、L、负载和D5,此时输出端向C0C2回馈能量;当O时,i漏经S 5、负载、L、SjP S 4,此时由输入电源向负载提供能量。
[0023]工作模态5:uab=_Ud/2,当iL> O时,D 7导通,i L流经D 7、S2, L、负载、D5、C1,此时由C向负载提供能量;当O时,D 8导通,i漏经S 5、负载、L、S#P D 8和C:,此时,输出端向C1回馈能量。
[0024]工作模态6:uab=0,此时逆变器处于续流状态,当O时,i L流经S P S2、L、负载和D5;当i L< O时,i L流经DpD1、负载、L和S5O
【主权项】
1.一种适用于光伏发电的三电平逆变器,其特征在于,包括Boost升压电路、三电平逆变电路,光伏阵列、Boost升压电路、三电平逆变电路、负载依次连接,将光伏阵列输出直流电能变换成为交流电能并为负载供电;BooSt升压电路包括光伏侧储能电容CpB00St升压电感LpB00St升压电路开关器件SpBoost升压电路二极管Dtl,三电平逆变电路包括直流侧储能电容C1、直流侧储能电容C2、开关器件S1' S 6及其各自的反并联二极管D D 6、钳位二极管D7、钳位二极管D8、输出滤波电感L、输出滤波电容C ;光伏阵列与光伏侧储能电容Ctl并联连接,光伏阵列输出正极与Boost升压电感Ltl相连,Boost升压电感Ltl另一端与Boost升压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管Dtl的阳极相连,Boost升压电路二极管Dtl的阴极与直流侧储能电容C i的一端、开关器件S ^勺集电极、反并联二极管D ^勺阴极、开关器件&的集电极、反并联二极管D 5的阴极相连,直流侧储能电容C i的另一端与直流侧储能电容C2的一端、钳位二极管D 7的阳极、钳位二极管D 8的阴极相连,直流侧储能电容C 2的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件Stl的发射极、开关器件S 4的发射极、反并联二极管D4的阳极、开关器件S 6的发射极、反并联二极管D6的阳极相连,开关器件S1的发射极与反并联二极管D i的阳极、钳位二极管D 7的阴极、开关器件S 2的集电极、反并联二极管D2的阴极相连,开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极、输出滤波电感L的一端、开关器件&的集电极、反并联二极管D 3的阴极相连,输出滤波电感L的另一端与输出滤波电容C的一端相连,开关器件S3的发射极与反并联二极管D 3的阳极、钳位二极管D 8的阳极、开关器件&的集电极、反并联二极管D4的阴极相连,开关器件S 5的发射极与反并联二极管D5的阳极、输出滤波电容C的另一端、开关器件S 6的集电极、反并联二极管D 6的阴极相连,负载与输出滤波电容C并联连接;钳位二极管D7的阳极与钳位二极管D 8的阴极连接点接地。
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于光伏发电的三电平逆变器,包括Boost升压电路、三电平逆变电路,光伏阵列、Boost升压电路、三电平逆变电路、负载依次连接,将光伏阵列输出直流电能变换成为交流电能并为负载供电。Boost升压电路实现最大功率跟踪,三电平逆变电路降低了输出电压的总谐波畸变率,系统电磁干扰小、损耗小。此外,三电平逆变电路中开关器件的电压应力减小为输入电压的一半,输出滤波电感和输出滤波电容的尺寸均有所减小,可以应用于高压大功率光伏发电场合。
【IPC分类】H02M7/483
【公开号】CN204696951
【申请号】CN201520376386
【发明人】张庆海, 王李*, 王和先, 王新涛, 刘安华, 李洪博, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 郭亚峰
【申请人】国网山东省电力公司聊城供电公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月5日