[發明專利]三相四線制三電平光伏并網逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201010537638.0
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102035423A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 卞松江;鄭洪濤
• 申請（專利權）人: 上海兆能電力電子技術有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02J3/38
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術領域

本發明涉及一種三相四線制三電平光伏并網逆變器及其控制方法。

背景技術

隨著人們生活水平的提高和社會的技術進步，電能成為人們日常生活中必須依賴的能源。然而煤、石油等一次能源日漸減少，而且人們在應用他們的同時，也對環境造成巨大的污染。解決能源問題的根本辦法是開發環保型的可再生能源，其中太陽能發電就是其中重要的發展方向。

可再生能源可以分為兩大應用領域：一是大型并網發電站，另一是小型用戶側自發電自用場合。針對這兩大應用場合，目前大部分商業化光伏逆變器產品主要分為兩種類型：一種是大功率光伏并網逆變器，應用于大型光伏發電站，主要帶三相電機等平衡負載，因此采用三相三線制接線方式即可；另一種是小型單相光伏逆變器，給小型家庭用戶使用，帶電燈、家用電器等單相負載。除此以外，太陽能還有一類應用場合，功率在10-30kW之間，比如一個小區內3-5個家庭用戶共同出資建設使用的小型光伏發電站，既需要帶電機、水泵類三相平衡負載，同時也需要帶照明、加熱、家用電器等單相負載，從負載的角度來說，需要采取三相四線制接線方式。

太陽能發電領域，光伏并網逆變器是核心設備，它在系統內實現將太陽能板發出的直流電能逆變成與電網一致的交流電能并入電網中。它一方面是發電設備，同時也是電氣系統中非常重要的用電電氣設備。出于安全的考慮，目前供電系統大都是TN-S型電氣系統，要求在用戶側的零線與地線是分立的兩根線，電氣設備外殼等不帶電部分必須可靠接地，同時避免隱形電氣事故。從電氣安全的角度來說，逆變器也需要采取三相四線制接線方式。

目前常用的三相逆變器總體來說有兩大類：兩電平和多電平(以三電平常見)。而二電平逆變器要實現三相四線制接線有兩種方式：一是三橋臂、由母線電容電壓分裂引出中性線；二是采用三相四橋臂結構，多用二個開關管構建第四個橋臂，由它引出中性線，并模擬中性點電壓輸出。第一種方法使得直流母線電壓利用率降低，第二種方法多用兩只開關管成本提高，且控制方法較復雜。

近年來，二極管箝位式電壓型三電平逆變器應用越來越廣泛，與二電平相比，有以下優勢：

1、輸出電平數多一個，在相同開關頻率條件下，較傳統二電平諧波含量大大減少，改善了輸出電壓波形，進而可以使用較小數值的輸出濾波器，體積減小、成本降低；

2、開關管較二電平逆變器承受一半的直流母線電壓，開關應力減小，因此可以選用額定電壓為一半的開關管，比如600V的IGBT較1200V具有更低的開關損耗和導通壓降；

3、據Semikon研究報告，三電平逆變器單個橋臂總損耗較二電平低60%；損耗低、散熱器體積小、成本下降，單個橋臂較二電平低25%。

4、最為關鍵的一點是三電平結構逆變器較二電平逆變器在三相四線制應用領域具有獨特的優勢，因為它本身就帶有分裂的母線電容和中性點，可以直接引出做為中性線。

目前的技術研究和專利對三相三線制和單相光伏逆變器研究的很多，而對三相四線制光伏并網逆變器研究的很少。

發明內容

本發明提供的一種三相四線制三電平光伏并網逆變器及其控制方法，區別于傳統三相三線三電平逆變器在于多了一條中性線，構成三相四線制供電系統，該逆變器既可以接對稱平衡三相負載，也可以接單相負載。在提高供電系統安全性的同時，也拓寬了光伏逆變器的應用領域。

為了達到上述目的，本發明提供一種三相四線制三電平光伏并網逆變器，該逆變器的正負極連接作為輸入源的太陽能板，該逆變器包含電路連接的濾波電容、升壓電路、三相四線逆變電路、濾波電路、控制器。

濾波電容對太陽能板輸入的電壓進行濾波，升壓電路將輸入電壓升壓為直流母線電壓作為后級逆變電路的輸入電壓，三相四線逆變電路將母線電壓逆變為三相電壓，濾波電路對三相電壓進行濾波后，輸出到電網，控制器檢測太陽能板的電壓及輸出電流、電網三相電壓及三相四線逆變電路輸出的三相電流，控制器內部的升壓變換器和逆變控制器分別生成升壓電路和三相四線逆變電路的驅動脈沖，控制整個逆變器的工作。

所述的濾波電容并接于太陽能板PV兩端。

所述的升壓電路包含電路連接的電感、二極管、開關管，還包含反向并聯在開關管兩端的二極管。

所述的三相四線逆變電路包含并聯在直流母線兩端的電容電路和三相橋臂。

所述的電容電路包含串聯的第一電解電容和第二電解電容。

所述的三相橋臂中的每相橋臂分別包含若干串聯的開關管，每個開關管的兩端都反相并聯一個二極管，每相橋臂還包含若干箝位二極管，所述的箝位二極管串聯后并聯在上半部分開關管和下半部分開關管之間。