[發明專利]基于雙開關頻率調制的升壓擴展型準Z源級聯多電平光伏逆變器

在審

• 申請號: 201910393413.3
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN109995085A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 易靈芝;劉月;桂慶忠;趙健
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/537;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于雙開關頻率調制的升壓擴展型準Z源級聯多電平光伏逆變器，它由三個單級光伏發電模塊級聯并網組成，每個單級光伏發電模塊包括光伏電池單元和升壓擴展型準Z源逆變器單元，升壓擴展型準Z源逆變器單元包括阻抗網絡升壓單元和交流逆變單元；阻抗網絡升壓單元由三個電感，四個電容和兩個二極管組成；相比于傳統的準Z源拓撲，升壓擴展型準Z源網絡具有更強的升壓能力，其電壓應用范圍也更加廣泛。針對該系統，發明了一種基于雙開關頻率調制的移相脈沖寬度幅值調制技術；該技術不僅可以減輕開關頻率對開關損耗的影響，還可以保持一個緊湊的阻抗源網絡，從而減小逆變器模塊的體積，提高系統的功率。

本發明涉及光伏發電逆變器領域，特別涉及到一種基于雙開關頻率調制的升壓擴展型準Z源級聯多電平光伏逆變器。

背景技術

隨著人類社會的發展，地球上的自然資源開始出現大量消耗，導致能源匱乏。因此大力開發清潔能源，提高能源的利用率是解決全球能源危機的主要途徑。近年來，太陽能、風能、潮汐能等可再生能源發電系統受到了越來越多的關注。其中太陽能是開發潛力最大，也是未來能夠消除資源匱乏地區對化石能源依賴的能源，因此開發光伏發電系統已成為世界各國的經濟發展戰略之一。

光伏發電系統主要包括：光伏陣列、功率變換器、控制器、蓄電池組等部件，功率變換器在光伏發電系統中擔負著重要角色，其可靠性需變換器的性能加以保證。功能變換器根據結構的不同，可分為單級式或兩級式結構、有變壓器或無變壓器結構、兩電平或多電平結構。多電平結構因其具有諧波含量低和在較低應力條件下使用半導體而備受關注，其主要的電路拓撲結構有：二極管箝位型多電平逆變器、飛跨電容箝位型多電平逆變器、級聯H橋型多電平逆變器。

準Z源級聯多電平逆變器在輸入端和逆變橋之間加入阻抗網絡，實現了單級升降壓和逆變功能，同時還能克服傳統級聯H橋逆變器直流母線電壓不平衡的問題。但傳統的Z源和準Z源升壓比一致，在調制策略中直通占空比與逆變橋調制度相互制約，因此都存在直流側升壓因子小、升壓能力有限的缺點。故傳統的Z源/準Z源不適合直接應用于低輸入電壓或寬變化范圍輸入電壓的光伏等新能源發電領域。雖然移相正弦脈沖寬度調制以及空間矢量調制技術應用在升壓擴展型準Z源級聯多電平逆變器中具有諸多優點，但這些調制技術也將導致開關頻繁動作，進而產生較高的開關損耗。因此，發展新型調制技術以減少開關損耗，提高系統效率，同時不影響輸出電壓波形質量成為了眾多研究者們研究的重點。基于此，本發明針對一種新穎的升壓擴展型準Z源逆變器拓撲提出雙開關頻率調制策略。

發明內容

為了解決以上問題，本發明針對升壓擴展型準Z源級聯多電平逆變器公開了一種比已有的調制策略功率損耗更小的雙開關頻率調制方法。雙開關頻率調制方法是將高頻脈寬調制與低頻正弦脈寬調制相結合，得到一個緊湊的阻抗源網絡，減少了開關損耗，該方法消除了直通占空比與逆變器調制系數之間的相互依賴關系。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種升壓擴展型準Z源級聯多電平光伏逆變器，其特征在于：所述的并網發電系統由三個單級光伏發電模塊級聯并網組成；所述的每個單級光伏發電模塊包括光伏電池單元和升壓擴展型準Z源逆變器單元，所述的每個升壓擴展型準Z源逆變器單元包括阻抗網絡升壓單元和交流逆變單元；其中阻抗網絡升壓單元由三個儲能電感、四個儲能電容和兩個相同的二極管組成；交流逆變單元由四個IGBT連接為一個H橋逆變器；每兩個單級光伏發電模塊由導線相連；所述第一個升壓擴展型準Z源光伏發電模塊的H橋逆變器左臂中間通過濾波電感連接到電網一端，電網的另一端連接到第三個H橋逆變器右橋臂中間。與傳統的準Z源逆變器相比，所述的升壓擴展型準Z源逆變器具有更低的開關管電壓應力，更強的升壓能力。