[實用新型]一種采用混合型功率器件的光伏逆變器

有效

• 申請號: 201220464088.9
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN203398799U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 彭剛
• 申請（專利權）人: 武漢金天新能源科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及光伏并網逆變器技術領域，尤其涉及一種采用混合功率器件的光伏并網逆變器。

背景技術

隨著光伏硅材料提煉技術的進步和成本的不斷下降，太陽能并網發電技術得到了快速發展，作為電能轉換的關鍵環節，電力電子變換器對于光伏系統整體性能與可靠性占有舉足輕重的地位。在太陽能光伏逆變器的設計中系統效率是重點考慮的因素之一，盡可能小的功率損耗不僅節省能量，還可以降低溫升，提高系統可靠性，并使系統更緊湊，從而降低了成本。常規的雙級式并網逆變器前級通常采用Boost升壓電路，后級采用相同規格功率管的全橋逆變，中間并聯大量電解電容進行濾波和儲能。但是常規的Boost升壓電路輸出電流紋波較大，極大地影響了中間電解電容的使用壽命，并且前級電路擴容困難，當通過并聯多個功率管進行擴容時容易造成電流波動，降低了系統的可靠性。同時常規的全橋逆變電路四個功率管通常全部采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或場效應晶體管(MOSFET)。當四個功率管通常全部采用IGBT時，由于IGBT開關頻率相對于MOSFET低一些，開關速度較慢，諧波較大，并網電流波形較差。而當四個功率管通常全部采用MOSFET時，MOSFET導通損耗大，降低了系統效率，較大功率時系統發熱嚴重。

實用新型內容

本實用新型為避免上述技術存在的不足之處，提供一種采用混合型功率器件的光伏逆變器，為實現高可靠、高效率、低成本的中小功率光伏并網逆變系統的設計和控制提供解決方案，其優化的架構和控制方法，可以方便的提高系統可靠性和效率，并提高并網電流的質量。

本實用新型解決技術問題采用如下的技術方案實現：

系統主要由輸入EMI濾波電路①、交錯并聯Boost升壓電路②、采用混合器件的全橋逆變電路③、輸出并網濾波電路④、電網相位檢測電路⑤、采樣電路⑥、控制器⑦等部分組成。其連接關系是：光伏電池板組連接經過輸入EMI濾波電路①輸入到交錯并聯Boost升壓電路②，交錯并聯Boost升壓電路②通過直流母線與采用混合器件的全橋逆變電路③相連，全橋逆變電路③經過輸出并網濾波電路④與外部電網相連。控制器⑦通過采樣電路⑥和電網相位檢測電路⑤分別與交錯并聯Boost升壓電路②和全橋逆變電路③相連，同時控制器通過輸出PWM和SPWM與交錯并聯Boost升壓電路②和全橋逆變電路③的功率管相連。

進一步的，交錯并聯Boost升壓電路②是由兩路Boost升壓電路并聯，每路輸出端分別串聯一個碳化硅(SIC)二極管(D1和D2)，兩個MOSFET功率管S1和S2以高頻交錯導通，通過控制S1和S2的占空比實現最大功率點跟蹤控制。

進一步的，全橋逆變電路③四個功率管采用混合型功率器件，上部兩個功率管S3和S5為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，并且分別反并聯一個碳化硅二極管，下部兩個功率管S4和S6為場效應晶體管(MOSFET)。

進一步的，全橋逆變電路③為單極性正弦波脈寬調制，功率管S3和S5以工頻速率互補導通，此工頻控制波與外部電網同步，功率管S4和S6受正弦脈寬調制波控制，且調制波與電網同步。

進一步的，所述控制器⑦通過采樣直流母線電壓、電網電壓、并網電流、電網頻率，及過零檢測電路，通過電流環反饋PI控制算法實現以光伏最大功率并網。

與現有技術相比，本實用新型的顯著效益體現在：

1.前級核心拓撲為兩個Boost電路交錯并聯，能夠有效地實現較高功率容量輸出，避免了開關管直接并聯引起的電流波動，降低了開關管的容量要求，提高了輸入電流紋波頻率，減小了紋波幅值，有利于濾波電路的設計和減小開關損耗。

2.全橋逆變電路的四個功率管采用混合型功率器件，通過上部采用兩個IGBT的工頻導通有效降低了開關管的導通損耗，發熱較小，提高了系統效率。而下部的兩個MOSFET以高頻正弦脈寬調制工作，諧波小，并網電流波形質量好。

3.交錯并聯Boost升壓電路輸出串聯二極管和全橋逆變的IGBT反并聯二極管均為碳化硅二極管，利用碳化硅二極管的零反向恢復時間，有效的提高系統效率，降低系統EMI。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型的不當限定，在附圖中：

圖1為本實用新型光伏逆變器原理示意圖；

圖2為本實用新型光伏逆變器主電路結構示意圖；

圖3為本實用新型光伏逆變器交錯并聯Boost升壓電路控制波形示意圖；