[發(fā)明專利]具有中點平衡能力的倍壓三電平光伏并網逆變器

無效

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• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103248256A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 張興;謝韋偉;王付勝;任康樂
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;H02J3/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生;郭華俊

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有中點平衡能力的倍壓三電平光伏并網逆變器。

背景技術

在追求低碳社會的今天，新能源領域之一的太陽能越來越受到世界各國的青睞。2006~2009年，全球太陽能光伏電池產量的年增長率為60%，2010年全球光伏發(fā)電市場規(guī)模達到15GW，全球有9個國家光伏發(fā)電市場規(guī)模超過250MW。2011年全球光伏市場更是達到了27.7GW，較2010年增長70%。德國2011年裝機容量從2010年的6GW上升到了7.5GW，美國從2010年的1.2GW上升到了2011年的3GW，增幅達到了2.5倍。我國的裝機容量隨著全球發(fā)展的趨勢在增長，從2010年的0.6GW上升到了2011年的2.2GW，年增幅達到357%。今年2012年，我國的光伏安裝容量即將達到4.8GW。而根據(jù)國家有關新能源規(guī)劃，到2015年我國光伏總裝機容量將達到15GW，2020年將突破50GW。

隨著全球光伏逆變器裝機容量的增加，光伏逆變器作為核心器件，其容量和耐壓等級也在逐漸增加，傳統(tǒng)的兩電平逆變器已經不能再滿足要求了。多電平逆變器具有耐壓等級高，輸出波形質量好，開關管應力小以及效率高等特點，已經成為電力電子領域人們關注與研究的熱點。二極管鉗位型的三電平拓撲結構因其結構簡單，控制方便，技術成熟，得到了廣泛的應用。但三電平拓撲也存在自身的缺陷，如直流側中點電位偏移。直流側中點電位偏移會導致逆變器輸出電壓畸變，開關器件承受的電壓不均衡，電容壽命驟減以及逆變器帶負載能力差。若能解決此問題，既能實現(xiàn)輸出電流諧波含量小，又能利于后級并網控制。國內外一些學者針對三電平中點電位不平衡提出了不少的算法，主要通過控制冗余小矢量的作用時間控制中點電位，但控制效果受到調制度，負載功率因數(shù)角，以及控制策略的影響，效果不佳。

目前現(xiàn)有的光伏逆變系統(tǒng)，直流側采用Boost升壓，電感值較大，體積、損耗較大，影響了整個系統(tǒng)的效率。若能不用DC/DC變換，實現(xiàn)自動升壓功能，又降低電感值，既可以減小系統(tǒng)的體積，又可以增加系統(tǒng)的效率。

本發(fā)明針對現(xiàn)有拓撲和技術存在的缺陷，提出一種節(jié)約成本且高效率的倍壓三電平光伏并網逆變器拓撲結構，以及相關的抑制中性點電位漂移和波動的方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種具有中點平衡能力的倍壓三電平光伏并網逆變器，以實現(xiàn)前級自動倍壓、且在任意負載功率因數(shù)下抑制中點電位的漂移和中點電位的低頻波動。

本發(fā)明為解決技術問題采用以下技術方案。

具有中點平衡能力的倍壓三電平光伏并網逆變器，其結構特點是，包括PV光伏陣列、倍壓電路、倍壓電路控制器、逆變電路和逆變電路控制器；

所述PV光伏陣列，與所述倍壓電路相連接，用于將太陽能轉化為電能并為倍壓電路提供直流側電壓Udc，發(fā)出逆變電路吸收的功率；

倍壓電路，與所述倍壓電路控制器、PV光伏陣列和逆變電路相連接，用于完成直流側電壓的倍壓功能，實現(xiàn)直流側與交流側無功能量的交換并且保證三電平逆變器無中點電壓偏移問題；

逆變電路，與所述倍壓電路、逆變電路控制器相連接，用于實現(xiàn)直流側與交流側有功能量的變換，濾除高次諧波，實現(xiàn)并網；

倍壓電路控制器，用于產生倍壓電路開關管的脈沖信號，讓開關管等占空比導通從而抑制中點電位偏移；

逆變電路控制器，用于產生三相半橋逆變電路所需的PWM信號。

本發(fā)明的具有中點平衡能力的倍壓三電平光伏并網逆變器的結構特點也在于：

所述倍壓電路包括功率開關管T1～T2、二極管D1～D4、電感L1和電容C1～C2；所述二極管D1、功率開關管T1、功率開關管T2和二極管D2依次串聯(lián)構成開關支路，所述電容C1和電容C2相互串聯(lián)形成電容支路，所述二極管D2的正極和負極分別連接在功率開關管T1的發(fā)射極和集電極上，所述二極管D3的正極和負極分別連接在功率開關管T2的發(fā)射極和集電極上；所述開關支路和所述電容支路相互并聯(lián)連接，所述電感L1的第一端連接在功率開關管T1和功率開關管T2之間，所述電感L1的第二端連接在所述電容C1和電容C2之間。

所述逆變電路包括三相完全對稱的橋臂、三個濾波電感L2～L4及三相電網e_abc；三相完全對稱的橋臂包括A相橋臂、B相橋臂和C相橋臂；所述A相橋臂、B相橋臂和C相橋臂之間相互并聯(lián)連接，并與所述倍壓電路相并聯(lián)連接；