[發(fā)明專利]一種光伏變換系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910062621.1
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101577509A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 婁慧波;王丹;黃曉燕;何金平;毛承雄;陸繼明
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;H02M7/48;H02J3/38
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種寬輸入范圍的光伏變換系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源短缺與環(huán)境惡化是制約人類社會發(fā)展，經(jīng)濟快速增長的主要問題。要解決能源與環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，要依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用綠色可再生能源。目前，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能成為三大最為看好的綠色可再生能源。其中，太陽能又以其普遍性、無害性、長久性、巨大性的特點，成為最理想的綠色可再生能源。

太陽能應(yīng)用包括太陽能熱利用和太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電又分為光伏發(fā)電，光化學(xué)發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。其中，光伏發(fā)電是利用太陽能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式。光伏發(fā)電具有清潔性、安全性、廣泛性、長壽命和免維護性、資源充足性及潛在的經(jīng)濟性的特點，受到世界各國的廣泛關(guān)注與研究利用。

聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由以下兩部分組成：光伏陣列和聯(lián)網(wǎng)逆變器。聯(lián)網(wǎng)逆變器是聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件與關(guān)鍵技術(shù)。它與一般的逆變器不同之處在于，不僅可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，還對轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、同步、光伏電池的最大功率點等進行控制。已進入實用的聯(lián)網(wǎng)逆變器有三種回路形式：無變壓器方式、電網(wǎng)頻率變壓器絕緣方式和高頻變壓器絕緣方式。高頻變壓器聯(lián)網(wǎng)逆變器由于其在成本、尺寸、重量及效率等方面的優(yōu)勢，成為目前研究的熱點和發(fā)展趨勢。

光伏發(fā)電也面臨著一些難題。光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強度和環(huán)境溫度的影響。如果一天內(nèi)太陽光的強度變化或溫差范圍很大，則光伏陣列輸出的電壓變化范圍也很大。此外，若串聯(lián)運行的太陽能電池組件中有一組電池出現(xiàn)損壞，也將使光伏陣列的輸出電壓有較大的下降。在光伏陣列輸出電壓很低的情況下，如果升壓裝置無法將該電壓提升到輸出電壓等級，那么光伏發(fā)電系統(tǒng)將被迫停止運行。

從光伏系統(tǒng)的效率考慮，光伏陣列直流輸出電壓設(shè)計得越高效率越高。而且，太陽能電池組件的串聯(lián)運行比并聯(lián)運行具有更大的優(yōu)越性。但是由于一般光伏變換系統(tǒng)大都只能升壓不能降壓，因此限制了太陽能電池組件串聯(lián)的個數(shù)。

如果發(fā)明一種光伏變換系統(tǒng)能盡可能的適應(yīng)大范圍的直流輸入電壓，就能最大限度的利用太陽能，還能適用于容量不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有很強的通用性，這對解決能源危機和環(huán)境惡化問題具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對太陽能無法得到充分利用，造成資源浪費，本發(fā)明提供了一種光伏變換系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較寬的輸入范圍，能夠較大程度地提高太陽能的利用率。

本發(fā)明提供的光伏變換系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括光伏陣列、斬波電路、變比可調(diào)變壓器和控制電路；

斬波電路為由直流穩(wěn)壓電容和全橋逆變電路構(gòu)成的電壓型全橋逆變電路，光伏陣列的電壓輸出的正、負極分別與斬波電路的直流穩(wěn)壓電容的兩極連接，全橋逆變電路的兩個輸出端分別接入變比可調(diào)變壓器的二個輸入端；變比可調(diào)變壓器的二個輸出端作為系統(tǒng)輸出端；

控制系統(tǒng)分別與斬波電路和變比可調(diào)變壓器相連，分別對它們進行斬波控制和變比控制；

變比可調(diào)變壓器包括多抽頭鐵芯繞組，每個抽頭接一個選擇開關(guān)，多抽頭鐵芯繞組的兩端分別作為一個輸入端和一個輸出端，所有選擇開關(guān)的另一端都接到一個公共接點上，該接點同時也作為變比可調(diào)變壓器的另一個輸入端和另一個輸出端；

每個選擇開關(guān)均并聯(lián)一個限流組件，或者各選擇開關(guān)間隔并聯(lián)一個限流組件，限流組件均由一個限流電阻與一個控制開關(guān)串接構(gòu)成。

本發(fā)明的技術(shù)核心是一個變比可調(diào)變壓器。它的結(jié)構(gòu)特點在于具有多個變比抽頭，通過選擇不同的抽頭開關(guān)，可以方便靈活的改變變壓器的變比。當太陽光強度發(fā)生變化時，光伏陣列輸出電壓也會發(fā)生變化，因此一天中太陽能電池陣列輸出電壓變化范圍很寬。此時，通過控制系統(tǒng)的控制，相應(yīng)的導(dǎo)通和關(guān)斷變比可調(diào)變壓器的某些抽頭開關(guān)，就能改變變壓器變比，以實現(xiàn)當太陽光變化范圍較大時，也能保證輸出電壓基本恒定，增大太陽能的利用率，減少資源浪費。和一般的光伏發(fā)電電壓變換系統(tǒng)不同的是，此系統(tǒng)由于使用了變壓器來調(diào)壓，因此既可以升壓，也可以降壓，允許很寬的電壓輸入范圍。

變比可調(diào)變壓器既可以作為工頻變壓器，也可以作為中頻變壓器應(yīng)用于單相和三相電力系統(tǒng)中。當作為工頻變壓器時，該系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變電路和變比可調(diào)變壓器組成；當作為中頻變壓器時，該系統(tǒng)主要由光伏陣列、斬波電路、變比可調(diào)變壓器和整流逆變?yōu)V波電路組成。

附圖說明

圖1是變比可調(diào)變壓器作為工頻變壓器的單相寬輸入范圍的光伏變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是光伏陣列等效可變直流電源圖；

圖3是變比可調(diào)變壓器原理圖；