[發(fā)明專利]H橋光伏并網(wǎng)逆變器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110134477.5
• 申請日: 2011-05-23
• 公開（公告）號: CN102801350A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧桂磊;古俊銀
• 申請（專利權(quán)）人: 盈威力新能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02J3/38;H02H7/122
• 代理公司: 北京金信立方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 劉鋒;王傳林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子變換器，更具體地，是一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的H橋光伏并網(wǎng)逆變器。

背景技術(shù)

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，并網(wǎng)逆變器的性能將直接影響整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的性能。如圖1所示，為通常的光伏并網(wǎng)逆變器的原理示意圖。逆變器包括直流變換單元20和逆變器單元30，其接收來自PV陣列(光伏陣列)10的直流電壓，并經(jīng)直流變換單元20直流變換以及逆變器單元30轉(zhuǎn)換后，輸出正弦交流電壓/電流，以實現(xiàn)將光伏電池產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)40。

在中小功率場合，通常采用高頻直流變換器與工頻H橋逆變電路級聯(lián)構(gòu)成的并網(wǎng)逆變器拓撲，高頻直流變換器輸出電壓/電流按照正弦半波的形狀變化，經(jīng)工頻H橋逆變電路后產(chǎn)生正弦交流電壓/電流，進而將光伏電池發(fā)出的電能并入電網(wǎng)，整個系統(tǒng)中僅有一級高頻功率變換環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)較高的系統(tǒng)效率，工頻H橋逆變電路驅(qū)動控制簡單，降低了整個系統(tǒng)的控制難度，降低了整個系統(tǒng)的成本。

如圖2所示為已有的光伏逆變器的電路示意圖。如圖所示，該光伏逆變器使用由開關(guān)器件46、48、50、52組成的H橋電路24，以將PV陣列12的變化的DC電壓轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)14的固定頻率AC電壓，并使用DC鏈路16來實現(xiàn)中間的能量存儲級。具體地，逆變器首先將不穩(wěn)定的PV?DC電壓18經(jīng)由升壓變換器變換為大于電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定的DC電壓20，隨后將穩(wěn)定的DC電壓20經(jīng)由H橋電路24變換為可被并網(wǎng)入電網(wǎng)14內(nèi)的電流22。開關(guān)器件46、48、50、52在高頻下進行開關(guān)動作。

公開號為CN?101615859A、發(fā)明名稱為“高效率光伏逆變器”的中國發(fā)明專利申請公開了一種對上述的現(xiàn)有逆變器進行改進的高效率光伏逆變器電路。如圖3所示，PV陣列12輸出的電壓在直流變換級進行變換中，僅開關(guān)器件42具有損耗。而在經(jīng)逆變級36變換時，逆變器可配置為通過對高頻開關(guān)器件54、56進行開關(guān)并且將器件42保持為接通狀態(tài)，以在低輸入電壓下在升壓模式下運行，由此消除器件42的開關(guān)損耗，因此高頻開關(guān)器件54、56是在升壓模式期間對開關(guān)損耗做出貢獻的僅有器件。

然而，上述兩種公開的H橋式逆變器結(jié)構(gòu)，沒有對逆變電路的穩(wěn)定性和可靠性進行關(guān)注。事實上，在通常的開關(guān)器件選用上，H橋逆變電路(圖2中24，以及圖3中36)中組成兩個橋臂的器件，多由晶閘管組成。在并網(wǎng)逆變器中，使用晶閘管作為H橋逆變電路的開關(guān)器件具有驅(qū)動簡單、可靠性高等優(yōu)點。然而，由于晶閘管只能在其電流減小到維持電流以下時才能可靠關(guān)斷，如圖2所示，若H橋逆變電路的四個開關(guān)器件全部采用晶閘管，由于電容16兩端電壓始終為正，不可能產(chǎn)生負電壓，而且回路沒有可強制關(guān)斷器件，無法保證晶閘管中的電流減小到維持電流以下，因此難以保證晶閘管的可靠關(guān)斷。

為解決上述問題，公開號為US2009/0244939A1的美國專利申請公開了一種新的逆變器結(jié)構(gòu)。如圖4所示，該種逆變器100包括對來自DC源的直流電流進行變換的DC-DC變換器，H橋逆變電路130、濾波器122、控制器120、異常電流檢測器104以及AC電壓采樣器118。在H橋逆變電路130內(nèi)，兩個橋臂分別采用了串聯(lián)的晶閘管和MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等功率開關(guān)管(如圖4所示，一個橋臂采用晶閘管108以及MOSFET功率開關(guān)管112的串聯(lián)結(jié)構(gòu)；另一個橋臂采用晶閘管110及MOSFET功率開關(guān)管114的串聯(lián)結(jié)構(gòu))。備選地，功率開關(guān)管112、114也可采用JFET(結(jié)型場效應(yīng)管)晶體管、IGBT(絕緣柵雙極型)晶體管等。該結(jié)構(gòu)將晶閘管108、110與功率開關(guān)管112、114串聯(lián)成逆變橋臂，通過控制功率開關(guān)管112、114關(guān)斷，從而可將晶閘管108、110的電流減小到其維持電流以下，實現(xiàn)晶閘管108、110的可靠關(guān)斷。

但是，由于功率開關(guān)管112、114為雙向?qū)ㄆ骷粲捎诟蓴_、誤觸發(fā)或控制錯誤等因素。使得逆變橋臂中的功率開關(guān)管控制信號錯誤，進而將出現(xiàn)電網(wǎng)直接短路的情況。而一旦電網(wǎng)出現(xiàn)電路故障，可在瞬間破壞整個并網(wǎng)逆變器，因此，該技術(shù)方案采用了復(fù)雜的異常電流檢測器104、控制器120、AC電壓采樣器118等過流檢測電路和保護電路。這導(dǎo)致了整個系統(tǒng)控制復(fù)雜度的增加以及逆變效率的降低，并大大增加了系統(tǒng)成本。

因此，需要一種新的H橋逆變器結(jié)構(gòu)，其能夠在不影響逆變效率、不增加電路復(fù)雜度的前提下，提供一種穩(wěn)定可靠的電壓/電流逆變方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的，是提供一種新的H橋光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)，其能夠穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)電壓/電流逆變。