[發(fā)明專利]用于太陽能并網(wǎng)發(fā)電的單級可升壓三相反激逆變器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310607701.7
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103606953A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚光慧;譚敏剛;戴勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/537
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種用于太陽能并網(wǎng)發(fā)電的單級可升壓三相反激逆變器。

背景技術(shù)

作為一種取之不盡、用之不竭的新能源，太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)引起了世界各國廣泛關(guān)注，并且正在獲得巨大的社會效益與經(jīng)濟效益。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是其中的核心部分，隨著人們對于太陽能發(fā)電研究的不斷深入，并網(wǎng)逆變器的發(fā)展也是日新月異，并且已經(jīng)開始逐步由最初的集中型逆變器與單支路、多支路型逆變器向交流模塊逆變器發(fā)展。交流模塊逆變器具有可以各模塊獨立進行最大功率點跟蹤、即插即用、擴建方便和易于批量生產(chǎn)以降低成本等優(yōu)點，因此它已經(jīng)成為現(xiàn)在光伏并網(wǎng)逆變器的研究熱點。

在以往的中大功率系統(tǒng)中，三相全橋式逆變器獲得了廣泛的使用。如圖1所示，該逆變器結(jié)構(gòu)采用共6個開關(guān)管組成三相逆變橋，通過對6個開關(guān)管的開端控制實現(xiàn)DC/AC變換，再經(jīng)過濾波電路獲取所需三相交流電。

雖然該電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較為簡便，但是卻存在幾個缺點：首先由于直流側(cè)電壓不高，而該逆變器結(jié)構(gòu)不能對輸出電壓幅值進行很好的控制，不具備升壓功能，因此經(jīng)過逆變之后的交流電壓也不會很高，這樣就達不到并網(wǎng)要求，從而在逆變器之后還需要連接變壓器才能將所得交流電并入電網(wǎng)；其次，為了防止同一橋臂的兩個開關(guān)管發(fā)生直通現(xiàn)象，必須在開關(guān)動作期間插入死區(qū)時間，這勢必導(dǎo)致輸出電壓的誤差。該誤差不但增加了系統(tǒng)損耗，還可能造成系統(tǒng)失穩(wěn)；此外，普通的三相全橋式逆變器也不具備電氣隔離的特點，因此系統(tǒng)的安全性能有待提高。因此，就需要一種新的逆變器電路來解決以上所述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種用于太陽能并網(wǎng)發(fā)電的單級可升壓三相反激逆變器主電路拓撲，并且它解決了傳統(tǒng)三相全橋式逆變器不能升壓、會出現(xiàn)直通現(xiàn)象、沒有電氣隔離等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在傳統(tǒng)三相全橋式逆變器的基礎(chǔ)上提出了一種新型的反激逆變器電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中利用三繞組高頻變壓器作為隔離與儲能元件，變比為1：n：n。一次側(cè)部分由一個與太陽能電池板并聯(lián)的電容與一個與變壓器一次繞組串聯(lián)的開關(guān)管組成，其中電容起到解耦與儲能的作用。二次側(cè)部分包括六個分別配有一個二極管的開關(guān)管和一個低通濾波器，六個開關(guān)管類似于傳統(tǒng)三相全橋式逆變器組成三組橋臂，產(chǎn)生對稱三相電流并將反激變換器中的儲能向電網(wǎng)側(cè)輸送，而低通濾波器則可以減少輸出的諧波分量以提高電能質(zhì)量，另外二次側(cè)引入一個電感作為電網(wǎng)線路阻抗。

由于本發(fā)明引進反激逆變器技術(shù)，其中的三繞組高頻變壓器可以起到電氣隔離的作用，同時又可以對輸入電壓進行升壓，從而達到電網(wǎng)對電壓幅值的要求。另外，從本發(fā)明的電路原理圖中還可以看出，本發(fā)明逆變器在運行的過程中不會發(fā)生直通現(xiàn)象，從而不用像傳統(tǒng)三相全橋式逆變器那樣加入死區(qū)時間，因此更好地保證了輸出電壓的質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的用于太陽能并網(wǎng)發(fā)電的單級可升壓三相反激逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖2為傳統(tǒng)三相全橋式逆變器電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明所述逆變器工作時的PWM序列波形圖；

圖4為本發(fā)明所述逆變器工作時的初級電流與次級A相電流波形對比圖；

圖5為本發(fā)明所述逆變器工作時各個狀態(tài)下等效電路圖，其中深色部分為導(dǎo)通，淺色部分為斷開。

具體實施例

為了使本發(fā)明的實現(xiàn)方式及技術(shù)手段更加利于理解，下面結(jié)合具體圖示具體說明。

如圖3所示為運行時逆變器中的各個部分的電流與電壓波形圖。由電網(wǎng)側(cè)電壓波形，我們可以整流出與之相位、頻率完全相同的三相電壓波形，如電網(wǎng)側(cè)A相電壓為則取整流之后的信號為|M?sin?ωt|、將其與一個固定的鋸齒波調(diào)制信號進行比較，根據(jù)比較結(jié)果可以得出直流側(cè)開關(guān)脈沖寬度，如圖3(a)、(b)、(c)所示，這里E_m是電網(wǎng)電壓幅值，ω是電網(wǎng)電壓角頻率，M為PWM信號的調(diào)制系數(shù)(0＜M＜1)。對于交流側(cè)開關(guān)管，當(dāng)對應(yīng)的電網(wǎng)側(cè)相電壓電勢大于0時，導(dǎo)通以傳遞電能。相反的，當(dāng)相電壓電勢小于0時導(dǎo)通。按順序依次選擇交流側(cè)導(dǎo)通開關(guān)后，經(jīng)過調(diào)制的直流側(cè)高頻斷續(xù)電流通過反激變換器的二次繞組傳遞到交流側(cè)，并且最終經(jīng)過低通濾波器變成三相正弦輸出電流。由此可見，本發(fā)明中的逆變器可以通過直流側(cè)開關(guān)管的PWM方式直接控制輸出三相電流波形。