一种三相谐振极光伏逆变器的制造方法
一种三相谐振极光伏逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三相谐振极光伏逆变器，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]随着电力电子技术的发展和软开关技术在直流变换器领域应用的成功，人们对软开关技术在逆变器方面的应用表现出了浓厚的兴趣。在涉及传统硬开关逆变器所带来的诸多问题时都把解决办法投向了软开关，如:低的开关频率，高开关损耗，开关瞬时严重的电流电压尖峰，对环境的电磁干扰和音频噪声。D.M.Divan率先提出谐振直流环节逆变器，开创了谐振逆变器的研宄，但是这个电路有大的电压应力、谐振不可控、只能应用离散脉冲控制等缺点。接着出现了各种改进的有源箝位谐振直流环节逆变器、并联谐振直流环节逆变器，虽然解决了谐振直流环节逆变器的缺点，但由于谐振直流环节逆变器本身具有很强的耦合性，当I个开关管需要零电压条件时，整个母线电压必须谐振到零，这样母线电压出现很多过零凹槽，既影响了谐振频率的进一步提高，又减少了直流电压的利用率。因此人们又把目光关注到谐振极逆变器上，有代表性的电路有辅助谐振变换极逆变器、三角形或星型谐振吸收逆变器、耦合电感逆变器、变压器辅助逆变器等。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种三相谐振极光伏逆变器，它可以实现逆变器开关器件的零电压开通，辅助开关管的零电流开通，谐振电路功率小，每相辅助谐振电路使用I个双向开关单元，谐振电感与谐振电容较小，I个箝位二极管实现了具有低电压应力，体积小，三相零电压谐振电路独立可控且易于应用各种控制策略。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种三相谐振极光伏逆变器，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；BooSt升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件SpBoost升压电路二极管VDtl，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L (!另一端与Boost升压电路开关器件S。的集电极、Boost升压电路二极管VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VDtl的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D i的阳极相连，反并联二极管D1的阴极与主开关器件S i的集电极相连，开关器件S ^勺集电极和发射极之间并联有缓冲电容C1，开关器件S1的发射极与辅助开关器件Srt的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件S U的发射极相连，辅助开关器件S M的集电极与反并联二极管Dri的阴极相连，辅助开关器件S μ的发射极与反并联二极管Dm的阳极相连，辅助开关器件Srf的发射极与反并联二极管I2的阳极相连，辅助开关器件Srf的集电极与反并联二极管I2的阴极相连，辅助开关器件Srt的集电极与谐振电感L M的一端相连，谐振电感L ?的另一端与谐振电容Cm的一端和钳位二极管D a的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管1的阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S ^勺发射极与开关器件S2的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D2的阳极相连，反并联二极管D2的阴极与开关器件S 2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S3的集电极与Boost升压电路二极管VD 的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D3的阳极相连，反并联二极管D 3的阴极与开关器件S 3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与辅助开关器件S 的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S ^的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D 的阴极相连，辅助开关器件S rf的集电极与谐振电感L rb的一端相连，谐振电感Lrt的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容Ca的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S3的发射极与开关器件S4的集电极相连，开关器件S4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 4，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；c相零电压逆变电路中，开关器件S5的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件S5的集电极相连，开关器件S5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C5，开关器件S5的发射极与辅助开关器件Srf的集电极相连，辅助开关器件S 15的发射极与辅助开关器件Srf的发射极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Sri的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件Srfi的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容Crc的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件52的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
[0006]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，三相零电压谐振电路之间是独立可控的，使得光伏逆变器易于应用各种控制策略；2、所有开关均运行于零电压开关状态或零电流开关状态，有利于开关损耗的减少和提尚开关频率，提尚了光伏发电的效率；3、无需检测负载电流的方向和大小，均能使主开关实现零电压开通；4、元件的电压应力被箝位于直流电压，有利于器件选择与电路运行；5、谐振电流过零时被二极管阻断，没有反向恢复电流和损耗。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0008]图2为本实用新型a相零电压逆变电路的等效电路图。
[0009]图3为本实用新型a相零电压逆变电路的特征工作波形图。
【具体实施方式】
[0010]图1所示为三相谐振极光伏逆变器结构示意图，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Cc^Boost升压电感LpBoost升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管VDtl，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L (!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VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VD。的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D i的阳极相连，反并联二极管D1的阴极与主开关器件S i的集电极相连，开关器件S ^勺集电极和发射极之间并联有缓冲电容C1，开关器件S1的发射极与辅助开关器件Srt的集电极相连，辅助开关器件Srt的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D11的阴极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管D μ的阳极相连，辅助开关器件S -的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S -的集电极与反并联二极管Du的阴极相连，辅助开关器件Srt的集电极与谐振电感L M的一端相连，谐振电感L 的另一端与谐振电容Cm的一端和钳位二极管D a的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管1的阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S i的发射极与开关器件&的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极相连，反并联二极管D2的阴极与开关器件S 2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S3的集电极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D3的阳极相连，反并联二极管D 3的阴极与开关器件S 3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件S ^的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D μ的阴极相连，辅助开关器件S 的集电极与谐振电感L &的一端相连，谐振电感La的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容Crt的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 3的发射极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C4，开关器件S4的发射极与光伏阵列输出负极相连；C相零电压逆变电路中，开关器件 S5的集电极与Boost升压电路二极管VD ^的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件35的集电极相连，开关器件S 5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 5，开关器件S5的发射极与辅助开关器件S 的集电极相连，辅助开关器件S 的发射极与辅助开关器件Srfi的发射极相连，辅助开关器件S Λ的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Sri的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件S ^的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容Crc的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件52的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
[0011]Boost升压电路实现最大功率跟踪，三相的谐振网络之间是独立可控的，为简化分析，做如下假设:1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C等效为一电压源Ud。。
[0012]取三相谐振极光伏逆变器的a相零电压逆变电路进行分析，其等效电路如图2所示。其中，I。为负载电流，i…是谐振电感电流；图中正方向为从左至右，u&a是谐振电容两端的电压，正方向为从上至下，设此时负载电流为正，即从逆变器开关器件流向负载，且在一个逆变器开关周期内保持不变。图2所示等效电路的特征波形如图3中所示。
[0013]下面结合图2和图3，对本实用新型的各工作模式进行具体说明。
[0014]工作模式O (t?:初始状态，S1导通流过负载电流I。，Srl, Srf均不工作。
[0015]工作模式I (1^?t P:在h时刻，开通S ，在谐振电感1^作用下为零电流开通，电流流过Sp Sr0 Dr2,给Lm，Cra充电，u &a上升。到时间t 流过Lra达到阈值I n，此时Ucm等于Uti，此工作模式结束。如果Un等于Ud。，谐振为全谐振模式。下一个工作模式为工作模式2，如果Un小于U d。，谐振为半谐振模式，下一个工作模式为工作模式3。
[0016]工作模式2 Ct1- 12):uCra达到U d。，Da导通，电流在S PSrlUri^Da中形成环流。 保持I η不变，u &a保持U d。不变。
[0017]工作模式3 &2?七3):在&时刻，关断51，1。与1^一起给(:1充电，给(:2放电，如果电路是全谐振状态，1^与CpC2谐振；如果电路是半谐振状态，L ra、Cra与C工、C2谐振。在t3时刻，C2两端电压下降到零，D2导通。
[0018]工作模式4 (t3?14):全谐振模式时，u&a保持不变，L M两端电压为U d。，线性下降，t4时刻降为零；半谐振模式时，L ?与Cm继续谐振至14时刻i…降为零。在这段时间中开通S2，为零电压开关状态。
[0019]工作模式5 (t4?16):在t4时刻，由于D u的阻断，谐振支路电流保持零不变，在七5时刻关断S 为零电流开关状态，是逆变器下管正常输出阶段，从工作模式O的上管S 1输出换流到了下管s2。
[0020]工作模式6 (t6? t7)^t6时刻，开通Srf为零电流开关状态，在电容(:2作用下软关断S2，(；方Lm谐振，17时刻i 反向增加直至1-1。，这时二极管D2截止。
[0021]工作模式7 (t7?t8)^t7时刻，与工作模式3类似，！^-(^、(^、(^谐振’到^时刻，C2的电压u。2升高到U d。时，D i开通。
[0022]工作模式8 (t8?19):在t8时刻，D:开通，L ?与Cm谐振，在i 的大小降至I。之前，终导通，直到t9，iLra= -1tl, D1关断。在此工作模式中导通S1为零电压开关状态。
[0023]工作模式9 (t9?t n):在t9时刻，i Lra= -10, D1关断，电流从S满向负载，谐振状态与工作模式8类似，到t1(l时刻，i 到零，谐振结束，到t η时刻，关断S 12为零电流开关状
??τ O
[0024]工作模式9之后，又回到工作模式0，是逆变器上管正常输出阶段，从工作模式5的下管S2输出换流到了上管Si。至此，一个完整的负载电流为正的PWM周期结束。负载电流为负时的工作模式与之类似。
【主权项】
1.一种三相谐振极光伏逆变器，其特征在于，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件S。、Boost升压电路二极管VDtl，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L (!另一端与Boost升压电路开关器件S 的集电极、Boost升压电路二极管VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VD。的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管D1的阳极相连，反并联二极管01的阴极与主开关器件S1的集电极相连，开关器件S工的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C开关器件S1的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S μ的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件S μ的集电极与反并联二极管D 的阴极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件S u的发射极与反并联二极管W2的阳极相连，辅助开关器件S u的集电极与反并联二极管D -的阴极相连，辅助开关器件Srf的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管Da的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S工的发射极与开关器件&的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极相连，反并联二极管D 2的阴极与开关器件S2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S 3的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D 3的阳极相连，反并联二极管D3的阴极与开关器件S3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管Dri的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管D Λ的阳极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管Drt的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管Drt的阴极相连，辅助开关器件S 的集电极与谐振电感L A的一端相连，谐振电感Lrt的另一端与谐振电容C A的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容C 的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S3的发射极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C4，开关器件S4的发射极与光伏阵列输出负极相连；c相零电压逆变电路中，开关器件S5的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件S 5的集电极相连，开关器件S5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C5，开关器件&的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S 的发射极与辅助开关器件S ^的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D Λ的阳极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与反并联二极管Drfi的阴极相连，辅助开关器件Srf的集电极与谐振电感Lm的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容C；。的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件S6的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件S2的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
【专利摘要】本实用新型涉及一种三相谐振极光伏逆变器，它可以实现光伏逆变器开关器件的零电压开通、辅助开关管的零电流开通，谐振电路功率小，所有开关均运行于零电压开关状态或零电流开关状态，有利于开关损耗的减少和提高开关频率。此外，无需检测负载电流的方向和大小，均能使开关器件实现零电压开通；元件的电压应力被箝位于直流电压，有利于器件选择与电路运行；三相零电压谐振电路独立可控，易于应用各种控制策略。本实用新型适用于中小功率的光伏分布式发电单元，提高了光伏发电的效率。
【IPC分类】H02M7/5387
【公开号】CN204696954
【申请号】CN201520362278
【发明人】张庆海, 王李*, 王新涛, 刘安华, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 郭峰, 于雪光, 顾卫山
【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1日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三相谐振极光伏逆变器，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]随着电力电子技术的发展和软开关技术在直流变换器领域应用的成功，人们对软开关技术在逆变器方面的应用表现出了浓厚的兴趣。在涉及传统硬开关逆变器所带来的诸多问题时都把解决办法投向了软开关，如:低的开关频率，高开关损耗，开关瞬时严重的电流电压尖峰，对环境的电磁干扰和音频噪声。D.M.Divan率先提出谐振直流环节逆变器，开创了谐振逆变器的研宄，但是这个电路有大的电压应力、谐振不可控、只能应用离散脉冲控制等缺点。接着出现了各种改进的有源箝位谐振直流环节逆变器、并联谐振直流环节逆变器，虽然解决了谐振直流环节逆变器的缺点，但由于谐振直流环节逆变器本身具有很强的耦合性，当I个开关管需要零电压条件时，整个母线电压必须谐振到零，这样母线电压出现很多过零凹槽，既影响了谐振频率的进一步提高，又减少了直流电压的利用率。因此人们又把目光关注到谐振极逆变器上，有代表性的电路有辅助谐振变换极逆变器、三角形或星型谐振吸收逆变器、耦合电感逆变器、变压器辅助逆变器等。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种三相谐振极光伏逆变器，它可以实现逆变器开关器件的零电压开通，辅助开关管的零电流开通，谐振电路功率小，每相辅助谐振电路使用I个双向开关单元，谐振电感与谐振电容较小，I个箝位二极管实现了具有低电压应力，体积小，三相零电压谐振电路独立可控且易于应用各种控制策略。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种三相谐振极光伏逆变器，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；BooSt升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件SpBoost升压电路二极管VDtl，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L (!另一端与Boost升压电路开关器件S。的集电极、Boost升压电路二极管VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VDtl的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D i的阳极相连，反并联二极管D1的阴极与主开关器件S i的集电极相连，开关器件S ^勺集电极和发射极之间并联有缓冲电容C1，开关器件S1的发射极与辅助开关器件Srt的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件S U的发射极相连，辅助开关器件S M的集电极与反并联二极管Dri的阴极相连，辅助开关器件S μ的发射极与反并联二极管Dm的阳极相连，辅助开关器件Srf的发射极与反并联二极管I2的阳极相连，辅助开关器件Srf的集电极与反并联二极管I2的阴极相连，辅助开关器件Srt的集电极与谐振电感L M的一端相连，谐振电感L ?的另一端与谐振电容Cm的一端和钳位二极管D a的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管1的阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S ^勺发射极与开关器件S2的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D2的阳极相连，反并联二极管D2的阴极与开关器件S 2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S3的集电极与Boost升压电路二极管VD 的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D3的阳极相连，反并联二极管D 3的阴极与开关器件S 3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与辅助开关器件S 的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S ^的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D 的阴极相连，辅助开关器件S rf的集电极与谐振电感L rb的一端相连，谐振电感Lrt的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容Ca的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S3的发射极与开关器件S4的集电极相连，开关器件S4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 4，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；c相零电压逆变电路中，开关器件S5的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件S5的集电极相连，开关器件S5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C5，开关器件S5的发射极与辅助开关器件Srf的集电极相连，辅助开关器件S 15的发射极与辅助开关器件Srf的发射极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Sri的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件Srfi的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容Crc的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件52的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
[0006]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，三相零电压谐振电路之间是独立可控的，使得光伏逆变器易于应用各种控制策略；2、所有开关均运行于零电压开关状态或零电流开关状态，有利于开关损耗的减少和提尚开关频率，提尚了光伏发电的效率；3、无需检测负载电流的方向和大小，均能使主开关实现零电压开通；4、元件的电压应力被箝位于直流电压，有利于器件选择与电路运行；5、谐振电流过零时被二极管阻断，没有反向恢复电流和损耗。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0008]图2为本实用新型a相零电压逆变电路的等效电路图。
[0009]图3为本实用新型a相零电压逆变电路的特征工作波形图。
【具体实施方式】
[0010]图1所示为三相谐振极光伏逆变器结构示意图，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Cc^Boost升压电感LpBoost升压电路开关器件Sc^Boost升压电路二极管VDtl，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L (!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VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VD。的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S i的发射极与反并联二极管D i的阳极相连，反并联二极管D1的阴极与主开关器件S i的集电极相连，开关器件S ^勺集电极和发射极之间并联有缓冲电容C1，开关器件S1的发射极与辅助开关器件Srt的集电极相连，辅助开关器件Srt的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D11的阴极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管D μ的阳极相连，辅助开关器件S -的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S -的集电极与反并联二极管Du的阴极相连，辅助开关器件Srt的集电极与谐振电感L M的一端相连，谐振电感L 的另一端与谐振电容Cm的一端和钳位二极管D a的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管1的阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S i的发射极与开关器件&的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极相连，反并联二极管D2的阴极与开关器件S 2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S3的集电极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D3的阳极相连，反并联二极管D 3的阴极与开关器件S 3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件S ^的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管D μ的阴极相连，辅助开关器件S 的集电极与谐振电感L &的一端相连，谐振电感La的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容Crt的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 3的发射极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C4，开关器件S4的发射极与光伏阵列输出负极相连；C相零电压逆变电路中，开关器件 S5的集电极与Boost升压电路二极管VD ^的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D 5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件35的集电极相连，开关器件S 5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 5，开关器件S5的发射极与辅助开关器件S 的集电极相连，辅助开关器件S 的发射极与辅助开关器件Srfi的发射极相连，辅助开关器件S Λ的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Sri的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件S ^的发射极与反并联二极管Drf的阳极相连，辅助开关器件S 的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容Crc的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件&的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件52的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
[0011]Boost升压电路实现最大功率跟踪，三相的谐振网络之间是独立可控的，为简化分析，做如下假设:1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C等效为一电压源Ud。。
[0012]取三相谐振极光伏逆变器的a相零电压逆变电路进行分析，其等效电路如图2所示。其中，I。为负载电流，i…是谐振电感电流；图中正方向为从左至右，u&a是谐振电容两端的电压，正方向为从上至下，设此时负载电流为正，即从逆变器开关器件流向负载，且在一个逆变器开关周期内保持不变。图2所示等效电路的特征波形如图3中所示。
[0013]下面结合图2和图3，对本实用新型的各工作模式进行具体说明。
[0014]工作模式O (t?:初始状态，S1导通流过负载电流I。，Srl, Srf均不工作。
[0015]工作模式I (1^?t P:在h时刻，开通S ，在谐振电感1^作用下为零电流开通，电流流过Sp Sr0 Dr2,给Lm，Cra充电，u &a上升。到时间t 流过Lra达到阈值I n，此时Ucm等于Uti，此工作模式结束。如果Un等于Ud。，谐振为全谐振模式。下一个工作模式为工作模式2，如果Un小于U d。，谐振为半谐振模式，下一个工作模式为工作模式3。
[0016]工作模式2 Ct1- 12):uCra达到U d。，Da导通，电流在S PSrlUri^Da中形成环流。 保持I η不变，u &a保持U d。不变。
[0017]工作模式3 &2?七3):在&时刻，关断51，1。与1^一起给(:1充电，给(:2放电，如果电路是全谐振状态，1^与CpC2谐振；如果电路是半谐振状态，L ra、Cra与C工、C2谐振。在t3时刻，C2两端电压下降到零，D2导通。
[0018]工作模式4 (t3?14):全谐振模式时，u&a保持不变，L M两端电压为U d。，线性下降，t4时刻降为零；半谐振模式时，L ?与Cm继续谐振至14时刻i…降为零。在这段时间中开通S2，为零电压开关状态。
[0019]工作模式5 (t4?16):在t4时刻，由于D u的阻断，谐振支路电流保持零不变，在七5时刻关断S 为零电流开关状态，是逆变器下管正常输出阶段，从工作模式O的上管S 1输出换流到了下管s2。
[0020]工作模式6 (t6? t7)^t6时刻，开通Srf为零电流开关状态，在电容(:2作用下软关断S2，(；方Lm谐振，17时刻i 反向增加直至1-1。，这时二极管D2截止。
[0021]工作模式7 (t7?t8)^t7时刻，与工作模式3类似，！^-(^、(^、(^谐振’到^时刻，C2的电压u。2升高到U d。时，D i开通。
[0022]工作模式8 (t8?19):在t8时刻，D:开通，L ?与Cm谐振，在i 的大小降至I。之前，终导通，直到t9，iLra= -1tl, D1关断。在此工作模式中导通S1为零电压开关状态。
[0023]工作模式9 (t9?t n):在t9时刻，i Lra= -10, D1关断，电流从S满向负载，谐振状态与工作模式8类似，到t1(l时刻，i 到零，谐振结束，到t η时刻，关断S 12为零电流开关状
??τ O
[0024]工作模式9之后，又回到工作模式0，是逆变器上管正常输出阶段，从工作模式5的下管S2输出换流到了上管Si。至此，一个完整的负载电流为正的PWM周期结束。负载电流为负时的工作模式与之类似。
【主权项】
1.一种三相谐振极光伏逆变器，其特征在于，包括光伏阵列、Boost升压电路、直流侧储能电容C、a相零电压逆变电路、b相零电压逆变电路、c相零电压逆变电路、三相负载；Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感U、Boost升压电路开关器件S。、Boost升压电路二极管VDtl，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L (!另一端与Boost升压电路开关器件S 的集电极、Boost升压电路二极管VDtl的阳极相连，Boost升压电路二极管VD。的阴极与直流侧储能电容C的一端相连，直流侧储能电容C的另一端与Boost升压电路开关器件Stl的发射极、光伏阵列输出负极相连；a相零电压逆变电路中，开关器件S1的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管D1的阳极相连，反并联二极管01的阴极与主开关器件S1的集电极相连，开关器件S工的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C开关器件S1的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S μ的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件S μ的集电极与反并联二极管D 的阴极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管D 的阳极相连，辅助开关器件S u的发射极与反并联二极管W2的阳极相连，辅助开关器件S u的集电极与反并联二极管D -的阴极相连，辅助开关器件Srf的集电极与谐振电感L 的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C ?的一端和钳位二极管Da的阳极相连，谐振电容Cm的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管阴极与Boost升压电路二极管VD C1的阴极相连，开关器件S工的发射极与开关器件&的集电极相连，开关器件S 2的发射极与反并联二极管D 2的阳极相连，反并联二极管D 2的阴极与开关器件S2的集电极相连，开关器件S 2的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C 2，开关器件S2的发射极与光伏阵列输出负极相连；b相零电压逆变电路中，开关器件S 3的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 3的发射极与反并联二极管D 3的阳极相连，反并联二极管D3的阴极与开关器件S3的集电极相连，开关器件S3的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C3，开关器件S3的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件Sri的发射极与辅助开关器件Srt的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管Dri的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管D Λ的阳极相连，辅助开关器件Srt的发射极与反并联二极管Drt的阳极相连，辅助开关器件Srt的集电极与反并联二极管Drt的阴极相连，辅助开关器件S 的集电极与谐振电感L A的一端相连，谐振电感Lrt的另一端与谐振电容C A的一端和钳位二极管D b的阳极相连，谐振电容C 的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管Db的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S3的发射极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的发射极与反并联二极管D4的阳极相连，反并联二极管D 4的阴极与开关器件S 4的集电极相连，开关器件S 4的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C4，开关器件S4的发射极与光伏阵列输出负极相连；c相零电压逆变电路中，开关器件S5的集电极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管D5的阳极相连，反并联二极管D 5的阴极与开关器件S 5的集电极相连，开关器件S5的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C5，开关器件&的发射极与辅助开关器件Sri的集电极相连，辅助开关器件S 的发射极与辅助开关器件S ^的发射极相连，辅助开关器件Sri的集电极与反并联二极管D Λ的阴极相连，辅助开关器件S Λ的发射极与反并联二极管Dri的阳极相连，辅助开关器件S 的发射极与反并联二极管D Λ的阳极相连，辅助开关器件Srfi的集电极与反并联二极管Drfi的阴极相连，辅助开关器件Srf的集电极与谐振电感Lm的一端相连，谐振电感L M的另一端与谐振电容C 的一端和钳位二极管D。的阳极相连，谐振电容C；。的另一端与光伏阵列输出负极相连，钳位二极管D。的阴极与Boost升压电路二极管VDtl的阴极相连，开关器件S 5的发射极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的发射极与反并联二极管D 6的阳极相连，反并联二极管D 6的阴极与开关器件S 6的集电极相连，开关器件S6的集电极和发射极之间并联有缓冲电容C6，开关器件S6的发射极与光伏阵列输出负极相连；分别由a相零电压逆变电路中开关器件S2的集电极、b相零电压逆变电路中开关器件S4的集电极、c相零电压逆变电路中开关器件S 6的集电极引出a、b、c三相输出端作为三相谐振极光伏逆变器的输出端，并和三相负载相连。
【专利摘要】本实用新型涉及一种三相谐振极光伏逆变器，它可以实现光伏逆变器开关器件的零电压开通、辅助开关管的零电流开通，谐振电路功率小，所有开关均运行于零电压开关状态或零电流开关状态，有利于开关损耗的减少和提高开关频率。此外，无需检测负载电流的方向和大小，均能使开关器件实现零电压开通；元件的电压应力被箝位于直流电压，有利于器件选择与电路运行；三相零电压谐振电路独立可控，易于应用各种控制策略。本实用新型适用于中小功率的光伏分布式发电单元，提高了光伏发电的效率。
【IPC分类】H02M7/5387
【公开号】CN204696954
【申请号】CN201520362278
【发明人】张庆海, 王李*, 王新涛, 刘安华, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 郭峰, 于雪光, 顾卫山
【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1日
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