[發(fā)明專利]一種模塊化三相光伏逆變器及其拓?fù)湎到y(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010132224.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN111277159A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘尚智;高唯鋒;黨興華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 潘尚智
• 主分類號(hào): H02M7/537
• 分類號(hào): H02M7/537;H02M3/335;H02M7/48
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明公開了一種模塊化三相光伏逆變器及其拓?fù)湎到y(tǒng)，屬于電力電子電能變換技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的模塊單元包括：前級(jí)多端口隔離型DC/DC變換器和后級(jí)3個(gè)獨(dú)立H橋逆變器。前級(jí)DC/DC變換器采用多繞組高頻變壓器進(jìn)行隔離，有三個(gè)整流輸出端，后級(jí)3個(gè)H橋逆變器分別連接到DC/DC變換器的三個(gè)整流輸出端，組成3個(gè)輸出H橋。多個(gè)模塊單元的3個(gè)輸出H橋通過(guò)級(jí)聯(lián)方式連接到三相電網(wǎng)，組成完整的光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過(guò)模塊化級(jí)聯(lián)，提高了等效開關(guān)頻率，使得各模塊單元的輸出濾波電感大大減小，而且該拓?fù)淇梢酝ㄟ^(guò)控制模塊內(nèi)部的相間功率分配，從而避免由于各光伏模塊發(fā)電不均導(dǎo)致的逆變器相間功率不平衡的現(xiàn)象，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別涉及一種用于三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的三相級(jí)聯(lián)H橋逆變器直流側(cè)電壓波動(dòng)抑制的模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于電力電子電能變換技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球應(yīng)對(duì)氣候變化要求日益提升及能源短缺、能源供給安全形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，以分布式可再生能源和微電網(wǎng)為重點(diǎn)的多元電力供應(yīng)系統(tǒng)將逐漸改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的形態(tài)。光伏發(fā)電由于清潔、可再生、無(wú)噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注，無(wú)論是光伏集中發(fā)電并網(wǎng)還是分布式發(fā)電并網(wǎng)，光伏逆變器都是這些光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的核心部件，它將太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電通過(guò)電力電子變換技術(shù)轉(zhuǎn)換為能夠直接并入交流電網(wǎng)或負(fù)載的交流能量。

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)配置的不同，主要有3種，中央集中型，如圖1a所示,串聯(lián)型，如圖1b所示和微逆變器型，如圖1c所示。中央集中型也稱電站型，為得到足夠高的電壓，很多光伏板要被串并聯(lián)在一起接到中央逆變器，這種配置結(jié)構(gòu)盡管很簡(jiǎn)單，但是部分陰影遮擋、灰塵和光伏板之間的失配會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量嚴(yán)重下降，一個(gè)光伏板出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)受影響；在串聯(lián)型配置結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)光伏板串都接到一個(gè)單獨(dú)的逆變器，也就是串逆變器，串逆變器可以對(duì)每一個(gè)光伏板串進(jìn)行最大功率跟蹤，一個(gè)光伏板有陰影遮擋或者故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能發(fā)電，但是無(wú)法對(duì)每一個(gè)光伏板進(jìn)行最大功率跟蹤，不能最優(yōu)化系統(tǒng)能量產(chǎn)出；光伏微逆變器型的配置結(jié)構(gòu)中，微逆變器安裝在每一塊光伏板背面，對(duì)每一塊電池板進(jìn)行最大功率跟蹤，系統(tǒng)總體效率更高，但是微逆變器由于功率較小，通常接入到單相交流電網(wǎng)，因而不可避免地需要較大的儲(chǔ)能電容進(jìn)行交直流功率解耦，同時(shí)逆變器需要較大的濾波電感提高輸出電流質(zhì)量。

級(jí)聯(lián)型H橋多電平逆變器拓?fù)淇梢圆捎玫湍蛪喊雽?dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)高壓變換，輸出電壓多電平，電壓變化率小，電磁干擾小，同時(shí)提高了等效開關(guān)頻率，提升輸出電壓電流質(zhì)量，因此，在中高壓大容量光伏逆變器系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。級(jí)聯(lián)型H橋逆變拓?fù)涞母髂K直流側(cè)相互獨(dú)立，在三相結(jié)構(gòu)中，每相都由多個(gè)單相H橋逆變器級(jí)聯(lián)而成。在光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，傳輸至電網(wǎng)的有功功率會(huì)含有2倍工頻的功率脈動(dòng)，而光伏組件通常采用MPPT算法，控制輸出為恒定的最大功率，這會(huì)導(dǎo)致逆變器的直流側(cè)與交流側(cè)之間的瞬時(shí)功率會(huì)存在不平衡，有功功率的2倍頻脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致各H橋模塊直流側(cè)電壓出現(xiàn)2倍頻電壓波動(dòng)。

為了解決這一問(wèn)題，通常會(huì)在級(jí)聯(lián)型H橋逆變器的直流側(cè)并聯(lián)較大容量的電解電容進(jìn)行功率解耦，吸收2倍頻波動(dòng)能量，平緩逆變器輸入電壓，平衡逆變器的瞬時(shí)輸入、輸出功率，而且所需儲(chǔ)能電容容量無(wú)法通過(guò)提高開關(guān)頻率來(lái)減小。較大容量電容，使逆變器體積較大，不利于逆變系統(tǒng)的小型化、輕型化，而且電解電容的壽命有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光伏組件的壽命要求，進(jìn)而也會(huì)影響整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的主要問(wèn)題是：微逆變器通常需要容量體積較大的電解電容進(jìn)行交直流功率解耦，輸出濾波電感較大，成本較高，也無(wú)法適應(yīng)中高壓應(yīng)用場(chǎng)景；中央逆變器和串逆變器無(wú)法對(duì)每個(gè)光伏板進(jìn)行最大功率跟蹤，系統(tǒng)效率較低，常用的級(jí)聯(lián)型H橋逆變器拓?fù)洌總€(gè)H橋逆變模塊單元輸入直流、輸出單相交流，因而同樣不可避免地存在著需要較大容量?jī)?chǔ)能電解電容進(jìn)行交直流功率解耦的問(wèn)題，影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的壽命和可靠性。