[發明專利]基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器

有效

• 申請號: 201110436250.6
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102570830A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 蔣贏;劉軍;胡鵬;張海燕
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/5395;H02J7/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽;曾人泉

技術領域

本發明涉及電力電子變換器，是一種將耦合電感置于倍壓整流側，實現濾波、如開關、減少占空比丟失等功能的基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，可用于模塊型光伏系統中，還能用于其它新能源逆變環節中。

背景技術

新能源光伏發電技術是目前深受關注和大力發展的新興產業。為了盡量提高太陽能電池板的效率、滿足光伏發電產品設計靈活等要求，模塊型光伏發電系統得到了越來越多的重視，成為光伏發電技術的發展趨勢之一。

在模塊型光伏發電系統中，每塊太陽能電池板都配備有光伏變換器以直接輸出滿足負載需求的交流電，所述系統中的太陽能電池板并入和撤離系統都比較容易，能夠實現即插即用，系統的設計比較靈活。由于在模塊型光伏發電系統中單塊太陽能電池板輸出電壓的等級低，因此，光伏變換器要具備升壓和逆變兩個功能，即光伏變換器的DC/DC級進行升壓，DC/AC級輸出交流電。目前，移相全橋電路是應用較多的DC/DC變換器，其結構簡單，工作效率高，但是，它存在占空比丟失的問題。為了解決這一問題，現有的改進方法是，增加開關管等輔助電路，但這樣一來結構就相對復雜了，所述系統的穩定性下降，增加了控制方法的復雜度，不僅增加了成本，而且實現起來難度非常大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，能減少占空比丟失，保證濾波質量，實現DC/DC級移相全橋電路的軟開關，通過移相的方式使開關管的反并聯二極管續流，實現超前臂零電壓開關。

為解決上述問題，本發明采取的技術方案是：

一種基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器，含有太陽能電池板、最大功率點跟蹤電路、含有DC/DC移相全橋和?DC/AC逆變橋的光伏變換器、負載和蓄電池，所述太陽能電池板具備儲能環節，經最大功率點跟蹤電路后給蓄電池充電，再經光伏變換器升壓和逆變，最終輸出交流電給負載；其特征是，將耦合電感置于光伏變換器的DC/DC移相全橋的倍壓整流側，且在倍壓整流二極管支路將兩電感耦合，耦合系數可根據電氣性能要求進行調整；耦合的電感同其后的倍壓整流雙電容支路構成雙LC濾波電路，所用電容除倍壓功能外還具有濾波功能；所述變壓器的前級為全橋電路，采用移相控制方式，通過耦合電感的電流可折算至變壓器原邊電流，實現前級全橋電路的超前橋臂反并聯二極管的續流功能，進而實現零電壓關斷，即耦合電感實現軟開關功能；滯后橋臂續流時，通過電感耦合在此區間快速減少續流時間以減少占空比丟失，使耦合電感減少占空比丟失。

所述DC/DC移相全橋采用倍壓整流電路以提高升壓比，DC/DC級輸出經SPWM調制的工頻正弦半波電壓，DC/AC逆變橋只需通過工頻逆變橋對正弦半波電壓進行翻轉即可輸出交流電（由于DC/AC逆變橋工作在工頻，其控制簡單且開關損耗可以忽略不計，因此可提高整體變換器的效率）。

本發明基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的積極效果是：

（1）通過增加耦合電感，減少了占空比丟失現象，同傳統的克服占空比丟失的方法相比，不用增加輔助電路，無需外加控制電路，減少了電路復雜度，增加了穩定性，結構更加緊湊；?

（2）耦合電感完成濾波功能，同倍壓整流電容構成雙LC濾波電路，使耦合電感和倍壓整流電容都能完成兩個或兩個以上的功能，整個變換器能節省更多器件；?

（3）在前級全橋電路采用移相控制方法，耦合電感能實現超前橋臂開關管的零電壓開通，減少了開關損耗，提高了效率；?

（4）變換器前級DC/DC采用正弦半波調制，后級只需就正弦半波翻轉構成完整的正弦波形，后級的開關損耗低，控制簡單；

（5）變換器整體只需增加一個耦合電感，結構簡單、成本低、效率高、實現容易，可應用于光伏系統中，還可應用在其它新能源系統中。

附圖說明

附圖1?是本發明基于耦合電感的模塊型光伏電力電子變換器的示意圖；

附圖2?是耦合電感的磁芯結構示意圖；

附圖3?是耦合電感的磁芯結構的磁路圖；

附圖4?是DC/DC級的高頻工作波形圖；

附圖5?是開關模態1（t₀,?t₁)的等效電路示意圖；

附圖6?是開關模態2（t₁,?t₂)的等效電路示意圖；

附圖7?是開關模態3（t₂,?t₃)的等效電路示意圖；