[發明專利]高效率光伏逆變器

有效

• 申請號: 200910146279.3
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101615859A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: M·A·德魯伊;J·S·格拉澤;R·L·施泰格瓦德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;蔣 駿

技術領域

本發明一般地涉及電子功率變換，具體上涉及很高變換效率的、并 網的、單相光伏(PV)逆變器。

背景技術

光伏(PV)電池產生直流(DC)功率，并且DC電流的等級依賴于太陽 輻照，并且DC電壓的等級依賴于溫度。當期望交流電(AC)功率時，使 用逆變器來將DC能量變換為AC能量。典型的PV逆變器使用兩個級 來用于功率處理，第一級被配置來用于提供不變的DC電壓，第二級被 配置來用于將不變的DC電壓變換為AC電流。經常地，第一級包括升 壓變換器，第二級包括單相或者三相逆變器系統。兩級逆變器的效率是 影響PV系統性能的重要參數，并且是各個級效率的乘積，每個級典型 地導致系統損耗的一半。

單相光伏逆變器一般要求兩級變換功率電路，用于將PV陣列的變 化的DC電壓變換為電網的固定頻率的AC電壓。傳統的PV逆變器使 用DC鏈路來作為中間的能量存儲級，這意味著變換器首先將穩定的DC 電壓變換為可以被注入到電網內的電流。

傳統的單相PV逆變器也不合需要地使用多個，即5個，開關器件 以固定開關頻率來控制功率電路，所述開關器件對整體的開關損耗有貢 獻。當使用傳統的PV逆變器時，通過將開關頻率保持為低，將開關損 耗典型地保持得盡可能低。

具有優點和益處的是，提供一種與居住有關的光伏逆變器，其使用 比傳統的PV逆變器所使用的更少的高頻開關器件。如果PV逆變器可 以使用自適應數字控制技術來保證PV逆變器總是運行在峰值效率，則 更具有優點。

發明內容

簡而言之，根據一個實施例，一種光伏(PV)逆變器包括：

降壓變換器，其被配置來響應于可用的PV陣列功率驅動的電壓加 變換器運行裕量，每當其大于公用電網電壓時，產生整流的正弦波電流； 以及

電流展開電路(current?unfolding?circuit)，其被配置來響應于所述 整流的正弦波電流而向所述公用電網內注入電流。

根據另一個實施例，一種光伏(PV)逆變器包括：單個DC向AC變 換器，其被配置來對于大于所連接的公用電網的瞬時電壓加變換器運行 裕量的PV陣列電壓等級，在降壓模式下運行，并且進一步被配置來對 于小于所述所連接的公用電網電壓的PV陣列電壓等級加裕量，在升壓 模式下運行，使得所述PV逆變器響應于所述可用的PV陣列功率而產 生整流的正弦波電流，并且進一步使得所述PV逆變器響應于所述整流 的正弦波電流而產生公用電網電流。

根據另一個實施例，一種光伏(PV)逆變器被配置來當瞬時公用電網 電壓減去變換器運行裕量小于PV陣列電壓時，作為降壓變換器運行， 并且當所述瞬時公用電網電壓減去變換器運行裕量大于所述PV陣列電 壓時，作為升壓變換器運行。

附圖說明

當參考附圖閱讀下面的詳細說明時，將更好地理解本發明的這些和 其他特征、方面和優點，其中，在全部附圖內，類似的字符表示類似的 部分，其中：

圖1圖解了本領域已知的光伏逆變器拓撲；

圖2圖解了根據本發明的一個實施例的光伏逆變器拓撲；

圖3是圖解根據本發明的一個實施例的光伏逆變器硬開關拓撲的仿 真逆變器性能的圖；

圖4是圖解用于實現在圖3內描繪的仿真逆變器性能的降壓升壓工 作周期的圖；

圖5圖解了根據本發明的另一個實施例的、包括波紋電流消除電路 的光伏逆變器拓撲。

雖然上述附圖給出了替代實施例，但是也可以預期本發明的其他實 施例，如在討論內所述。就一切情況而論，本公開通過陳述而不是限制， 提供了本發明的說明性的實施例。本領域內的技術人員可以設計多個其 他修改和實施例，它們落在本發明的原理的范圍和精神內。

具體實施方式

圖1圖解了在本領域內公知的光伏逆變器10的拓撲。光伏逆變器 10使用兩級功率電路，以將PV陣列12的變化的DC電壓轉換為電網 14的固定頻率AC電壓。光伏逆變器10使用DC鏈路16來實現中間的 能量存儲級。這意味著PV逆變器10首先將不穩定的PV?DC電壓18經 由升壓變換器變換為大于電網電壓的穩定的DC電壓20，隨后將穩定的 DC電壓20經由PWM電路24變換為隨后可以被注入到電網14內的電 流22。光伏逆變器10拓撲使用5個開關器件44、46、48、50、52，它 們在高頻下開關，并且不合需要地對兩級變換器的整體開關損耗做出貢 獻。