[實用新型]模塊化逆變器系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520133496.X
• 申請日: 2015-03-09
• 公開（公告）號: CN204761032U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·馬;H·胡;N·庫特庫特;I·巴塔爾塞;Z·J·沈;R·布卡伊拉特
• 申請（專利權(quán)）人: 中佛羅里達大學(xué)研究基金會有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02M7/48
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

相關(guān)申請的交叉引用

本申請按35U.S.C.§119(e)要求于2012年6月25日提交的美國臨時專利申請61/663,703的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用的方式全部并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型一般涉及功率轉(zhuǎn)換，尤其涉及在功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中使用的逆變器模塊。

背景技術(shù)

功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常是指一種將獲得的天然存在的能源轉(zhuǎn)換為電力的系統(tǒng)。天然存在的能源的示例尤其包括石油、煤、天然氣、核能、水能、風(fēng)能和太陽能。光伏(PV)系統(tǒng)是指一種利用太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。PV系統(tǒng)具有許多不同的尺寸。小型的PV系統(tǒng)可用于為例如是燈的小型獨立設(shè)備提供電功率。另一方面，所述PV系統(tǒng)可以耦合到電力網(wǎng)，從而滿足許多用戶的能量需求。

太陽電池板PV模塊產(chǎn)生直流(DC)功率。在給定陣列中的PV模塊通常串聯(lián)連接，以獲得指定的電壓。這些串聯(lián)排列在本領(lǐng)域中通常被稱為“串”。隨后，各種PV串然后被并聯(lián)連接以獲得指定的電流。如果所述PV系統(tǒng)被連接到所述電網(wǎng)，所述系統(tǒng)包括被配置為將DC功率轉(zhuǎn)換成交流(AC)功率的逆變器系統(tǒng)。術(shù)語“電網(wǎng)”指的是公共電力網(wǎng)，因此，并網(wǎng)PV系統(tǒng)提供了具有AC功率的公共電力網(wǎng)。

逆變器通常由級聯(lián)的例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的電子開關(guān)器件組成。當(dāng)通過電子開關(guān)的控制系統(tǒng)觸發(fā)其時，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的每個電子開關(guān)產(chǎn)生脈沖。在網(wǎng)絡(luò)中的各種脈沖被組合以形成近似于正弦波形的步進階梯波形。這種方法的一個缺點為如下的經(jīng)驗法則：步進輸出電壓越接近純正弦波，逆變器越昂貴。

使用為公共電網(wǎng)提供功率的光伏系統(tǒng)，將隨著對功率需求的廣泛增長而變得越來越有吸引力。參照圖1(a)-1(d)，四個圖表提供了傳統(tǒng)的PV逆變器的歷史回顧。并網(wǎng)逆變器為PV功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，并且基本上存在三種類型：在圖1(a)中所示的集中式逆變器系統(tǒng)；圖1(b)說明了串技術(shù)以及圖1(c)說明了多串技術(shù)；和圖1(d)說明了AC模塊和AC電池技術(shù)。這些方法中的每一種方法都具有必須仔細考慮的優(yōu)點和缺點。因此，實現(xiàn)這些系統(tǒng)通常變現(xiàn)出對各種系統(tǒng)屬性的折衷，這些系統(tǒng)屬性例如是諧波抑制能力、簡單性、效率、靈活性、可靠性、安全性、模塊化和成本。

對于中等功率應(yīng)用，認為圖1(b)-(c)中示出的串或多串技術(shù)是最適合的配置，其中PV電池的一個或多個串被連接到單個逆變器。與集中式配置不同，此拓撲提供靈活性來優(yōu)化用于特定應(yīng)用功率水平的串和逆變器的數(shù)量，以提高總效率并減少損耗。多串系統(tǒng)是若干PV串與并網(wǎng)逆變器的組合，并且被許多人視為上述折衷有希望的解決方案，因為它有望同時獲得例如設(shè)計靈活、便于放大和高效率的益處。

參照圖2，示出了相關(guān)技術(shù)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)2的圖解描述。在圖2中示出的逆變器2是無變壓器的半橋二極管鉗位三電平逆變器。本質(zhì)上，所述控制系統(tǒng)導(dǎo)通開關(guān)S1和S2，以提供正向輸出電壓，而導(dǎo)通開關(guān)S2和S3以提供零電壓輸出。最后，當(dāng)開關(guān)S3和S4被導(dǎo)通時，提供負向電壓。這種拓撲的主要缺點是在正向電網(wǎng)電壓期間，僅加載第一串(#1)，然而在負向電網(wǎng)電壓期間，僅加載第二串(#2)。相應(yīng)地，去耦電容器(C1和C2)必須相對較大。此外，這種拓撲缺乏模塊化，因為不同地加載每一串，難以增加附加的串來提高電壓電平。

圖3涉及另外的相關(guān)技術(shù)光伏逆變器3。逆變器3包括連接兩個PV串的兩電平電壓源逆變器(VSI)。與圖2的系統(tǒng)相比較，必須使所述逆變器3的開關(guān)頻率加倍，以便使用相同或相似大小的電網(wǎng)的電感器，因為它只能產(chǎn)生雙電平輸出電壓。優(yōu)點在于各自最大峰值功率跟蹤器(MPPT)可以應(yīng)用于每個串，并且通過在另一個PV串添加晶體管，電容器和電感器輕易地獲得進一步的擴大。這種拓撲的缺點在于其本身的降壓特性；即最小輸入電壓總是必須大于最大的電網(wǎng)電壓。

參照圖4，示出了傳統(tǒng)的三串逆變器4的圖解描述。在相關(guān)技術(shù)的逆變器中，DC-DC轉(zhuǎn)換器是具有嵌入HF變壓器和橋式整流器的基于電流源的全橋逆變器。輕易地將PV串連接到所述系統(tǒng)接地，并且所述PV串應(yīng)該容許所述系統(tǒng)被擴大。然而，實際上，增加功率比是困難的，這是因為電網(wǎng)接口逆變器的配置是固定的并且有效地限制系統(tǒng)的擴展。

逆變器系統(tǒng)所需要的是：提供具有改進的功率效率的模塊化解決方案。還需要采用了“即插即用”概念的逆變器系統(tǒng)。換句話說，系統(tǒng)設(shè)計人員將歡迎和贊賞能容易地調(diào)節(jié)附加的PV串和逆變器模塊來增加功率比的系統(tǒng)。事實上，這樣的系統(tǒng)為設(shè)計人員提供了為任何用戶規(guī)范定制所述系統(tǒng)的自由，無論其功率要求是大或小。提供的系統(tǒng)都優(yōu)化了設(shè)計的靈活性和簡便性。

實用新型內(nèi)容