[發明專利]一種光伏發電用寬范圍輸入型升降壓三電平直流變換器

在審

• 申請號: 201610152686.5
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105610323A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 王萍;石記龍;張云;高永平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及直流變換器，特別涉及一種光伏發電用寬范圍輸入型升降壓三電 平直流變換器。

背景技術

隨著經濟全球化的發展，人們的生活水平逐漸提高，對能源的需求也越來越 多，但傳統能源，如石油、煤的日益枯竭和大量使用化石燃料帶來的環境污染問 題，使得人們更加努力地探索使用新能源技術。因此，各種新能源比如太陽能、 風能、潮汐能、核能等得以開發利用，這些新能源都各有特點，但是以太陽能最 為引人關注，因為太陽能使用時清潔無污染、儲量豐富可再生。相信隨著技術的 不斷進步、成本的進一步降低以及政府的大力支持，太陽能必將得到更廣泛、更 高效的利用。

利用光伏陣列將吸收的太陽能轉化為電能，再接入電網供人們使用，這種發 電方式稱為光伏并網發電。光伏發電系統組成包括光伏陣列、直流-直流變換器、 逆變器、濾波器等。光伏陣列的輸出電壓和氣候條件如光照、溫度等相關較大， 而且變化范圍較寬。為了保證整個輸入電壓范圍內直流-直流變換器都具有較穩 定的電壓輸出，實際應用可以采用具有升、降壓功能的直流-直流變換器。

雖然傳統的Buck-Boost變換器具有升、降壓功能而且結構簡單，但是若將 其應用到光伏并網的場合中，會存在功率器件電壓應力高和電壓輸入和輸出極性 不同的問題。雙管Buck-Boost變換器雖然電壓輸入和輸出的極性相同，但是功 率器件承受的電壓應力大，而且，由于光伏并網過程中要求拓撲的升壓能力較強， 雙管Buck-Boost變換器，受電路寄生參數的影響，其實際的增益較窄，功率開 關易運行在極端占空比狀態，導致尖峰電流而降低效率，甚至造成功率開關不能 有效關斷的風險。因此需要一種能拓寬升、降壓直流變換器的升壓增益的拓撲， 使其適用于光伏并網場合。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種光伏發電用寬范圍輸入型 升降壓三電平直流變換器，利用準Z源LCD三端阻抗網絡，并將其前級與傳統 的三電平Buck直流變換器并聯，后級與傳統的三電平Boost直流變換器并聯， 構成一種寬增益三電平Buck-Boost直流變換器拓撲，提高了拓撲的升壓能力并 使原有功率器件承受的電壓應力減小一半，使其更加適用于光伏并網的場合。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種光伏發電用寬范圍輸入型升降壓三 電平直流變換器，包括三電平Buck直流變換器，所述三電平Buck直流變換器 后級并聯有準Z源LCD三端阻抗網絡，所述準Z源LCD三端阻抗網絡由第一 電感、第二電感、第一儲能電容、第二儲能電容、第一二極管構成；所述準Z 源LCD三端阻抗網絡后級并聯有三電平Boost直流變換器。

在拓撲運行在Boost模式下，所述第一電感通過第一二極管進行儲能和釋能； 所述第一儲能電容通過第一二極管進行儲能。

所述三電平Buck直流變換器前級連接太陽能電池；所述第一電感的左端和 第二儲能電容的負極性端接所述三電平Buck直流變換器；所述第一電感的右端 分別連接第一儲能電容的負極性端和第一二極管的陽極，所述第一二極管的陰極 分別連接第二儲能電容的正極性端和第二電感的左端，所述第二電感的右端與第 一儲能電容的正極性端相連接；所述第二電感的右端和第二儲能電容的負極性端 接所述三電平Boost直流變換器。

所述光伏發電用寬范圍輸入型升降壓三電平直流變換器在升壓模式下的輸 出電壓增益M₁為：

M1=U0UPV=2m3-4m,0.5<m<0.75]]>

所述光伏發電用寬范圍輸入型升降壓三電平直流變換器在降壓模式下的輸 出電壓增益M₂為：