[發(fā)明專利]基于模塊化多電平變流器的新型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210191063.0
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102738825A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張興;董文杰;楊淑英;謝震;劉淳;李飛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變流器在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，尤其是模塊化多電平變流器在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著能源危機和環(huán)境污染日益嚴重，迫切尋找一種新的清潔可再生能源，太陽能光伏發(fā)電屬于清潔的可再生能源，光伏發(fā)電的應(yīng)用對于緩解能源危機和減少環(huán)境污染有重要作用。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變器將光伏電池板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化成交流電并送入電網(wǎng)，在光伏系統(tǒng)中屬于核心的關(guān)鍵設(shè)備，多電平變換器由于可以輸出多個電平交流電壓，使并網(wǎng)電流中的諧波含量小，對電網(wǎng)污染較小得到廣泛應(yīng)用，當(dāng)前主要應(yīng)用的嵌位式多電平變換器隨著電平數(shù)增加，其嵌位器件急劇增加，且控制復(fù)雜，實際應(yīng)用中一般限制在5電平及以下；而模塊化多電平變流器由于其模塊化結(jié)構(gòu)，開關(guān)器件與電平數(shù)線性增加，因此在電平數(shù)較多時，所需器件要少于嵌位式多電平，控制簡單，模塊化的結(jié)構(gòu)使其擴展性強,易實現(xiàn)冗余控制,將其應(yīng)用于光伏系統(tǒng)，相較于嵌位式多電平具有一定的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種能減少嵌位式多電平變換器主電路器件數(shù)量的基于模塊化多電平變流器的新型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于模塊化多電平變流器的新型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括太陽能電池板、DC-DC變換電路、DC-AC變換電路和三相電網(wǎng)，所述的太陽能電池板將太陽光能量轉(zhuǎn)換為電能后輸出的電壓作為所述的DC-DC變換電路的輸入，所述的DC-DC變換電路由BOOST電路、MPPT控制器、PI調(diào)節(jié)器和PWM發(fā)生器，所述的MPPT控制器檢測到所述的太陽能電池板的電流和輸出電壓，通過MPPT控制算法得到調(diào)節(jié)太陽能電池板工作點電壓的指令，將所述的指令與太陽能電池板輸出電壓值相減，并通過所述的PI調(diào)節(jié)器進行閉環(huán)控制，產(chǎn)生PWM控制信號，對DC-DC變換電路輸入電壓進行控制，實現(xiàn)太陽能電池板的MPPT控制；所述的DC-AC變換電路包括有三相三橋臂電路，所述的三橋臂的上下兩端均分別與所述的BOOST電路的兩端相連，所述的三相三橋臂電路每個橋臂都包含上、下兩個橋臂且每個上橋臂和下橋臂均由N個相同的子模塊和一個限流電抗器串聯(lián)組成，子模塊為一個半橋電路，每個子模塊可輸出單極性電壓，結(jié)構(gòu)模塊化，容易實現(xiàn)冗余，所述的三橋臂的上橋臂和下橋臂的中間節(jié)點分別接所述的三相電網(wǎng)的三相輸入端，通過改變上、下橋臂串入的子模塊總數(shù)來獲得期望的直流電壓，通過改變上、下橋臂串入子模塊數(shù)的差來獲得期望的交流電壓，其中，每個上橋臂和下橋臂均包含N個子模塊，輸出N+1個電平交流波形，采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)閉合控制方法，實現(xiàn)DC-AC變換電路的單位功率因數(shù)正弦波電流控制，其中，電壓外環(huán)是根據(jù)功率平衡的原理來實現(xiàn)直流母線電容的穩(wěn)壓控制，而電流內(nèi)環(huán)則主要實現(xiàn)DC-AC變換電路電流的跟蹤控制，通過得到交流電壓可間接得到交流電流，進行電流內(nèi)環(huán)的控制，得到直流電壓，進行電壓的外環(huán)的閉環(huán)控制。

所述的DC-DC變換電路中的BOOST電路也可為BUCK電路或BUCK-BOOST電路。

所述的子模塊為兩個開關(guān)器件和一個儲能電容構(gòu)成的半橋電路，開關(guān)器件一與開關(guān)器件二中間的節(jié)點為子模塊的輸出端，半橋壁的下端為子模塊的輸入端，每個子模塊根據(jù)開關(guān)器件狀態(tài)可輸出0電壓和儲能電容電壓，子模塊中每個開關(guān)管僅承受子模塊電容電壓，較低電壓等級的開關(guān)器件經(jīng)過子模塊串聯(lián)達到較高的電壓等級。

本發(fā)明中，上橋臂橋臂電壓為u_U

uU=NU·UC---(1)]]>

下橋臂橋臂電壓為u_L