一种多电平光伏逆变器制造技术

本发明专利技术提供一种多电平光伏逆变器，主要由逆变桥臂、续流二极管、双绕组反相耦合分裂电感及控制器构成。逆变桥臂包含功率开关管和功率二极管，桥臂之间具有耦合电感以避免逆变桥臂直通风险。控制器采样交直流电压、电流信号，相应调整输入电压、输出电流。采用多载波交错调制策略，逆变中点输出电压为五电平，并能以无功功率形式输出。具有多电平、高效率、高可靠、能够无功功率输出等独特优势，可以广泛应用于各类单向和双向直流

【技术实现步骤摘要】
一种多电平光伏逆变器


[0001]本专利技术涉及光伏
，尤其涉及一种多电平光伏逆变器。

技术介绍

[0002]光伏组件或组串输出直流电随机变化，逆变器将其转换为与交流电网相同频率与相位的交流电。光伏组件直流电压与环境温度成反比，高温环境下直流输入电压较低，因此可增加直流
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直流变换电路(DC/DC)，并且一般使用升压电路(Boost)以构成两级式三相逆变器如图1所示。直流输入电压高于交流输出电压峰值时，升压电路并不工作，直流输入通过Lb、Db或另加旁路二极管直接进入逆变电路，即Cin、Cb两端电压相等，DC/AC电路实现逆变交流输出，由其自身实现最大功率点跟踪(MPPT)；直流输入电压低于交流输出电压峰值时，升压电路工作以使Cb两端电压高于交流输出电压峰值，DC/AC逆变电路实现交流输出，由DC/DC升压电路实现MPPT跟踪，也可使用多个升压电路以构成多路MPPT。
[0003]三相逆变电路通常使用传统两电平逆变拓扑，需要使用较高耐压功率开关器件，并存在较大功率损耗，从而降低系统转换效率，同时输出滤波电感体积较大，进一步降低转换效率且增加成本，另外输出电能质量也比较差。近年来越来越多使用多电平拓扑，可使用低耐压功率开关管以降低损耗，同时减小电感体积，并且改进电能质量。二极管钳位或中性点接地型三电平拓扑(I3)电路结构比较简洁，但功率开关管数量较多，系统控制变得较复杂，同时钳位二极管增加总损耗、降低转换效率。双向开关中性点接地三电平拓扑增加两个功率开关管构成横桥臂，导致控制策略比较复杂。为了改进I3、T3拓扑中桥臂直通风险，近年来提出了双降压三电平拓扑(三电平双降压式半桥逆变器，电工技术学报2009年第24卷第2期)，及其同相耦合电感形式(耦合电感三电平双降压式逆变器，电工技术学报2008年第23卷第11期)，双降压三电平拓扑增加了较多功率器件，但逆变中点输出电压仍然仅为三电平。其改进型(A New Single
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PhaseΠ
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Type 5
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Level Inverter Using 3
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Terminal Switch
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Network，IEEE工业电子2016年第63卷第11期)逆变中点输出电压为五电平，但所采用的控制策略太复杂并且无法输出无功功率。
[0004]通用五电平、七电平等更多电平方式中，输出中点电压更高电平可降低开关器件功率损耗，但功率器件呈几何级数增加，其控制变得更加复杂，因而光伏逆变器、变频器、不间断电源等通常仅使用三电平拓扑。另外，近年来所提出的一些高效多电平拓扑结构均为欧美国家专利，给国内新能源发电推广应用造成了严重技术壁垒。为了改进现有技术的诸多不足，并进一步提高光伏发电系统性能和可靠性，更少功率器件新型无桥臂直通及更高电平光伏逆变器已成为新能源电力电子领域的研究重点之一。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多电平光伏逆变器，逆变桥臂之间具有耦合电感以避免逆变桥臂直通风险，控制器采样交直流电压、电流信号，相应调整输入电压、输出电流，采用多载波交错调制策略，逆变中点输出电压为五电平，并能以
无功功率形式输出，具有多电平、高效率、高可靠、能够无功功率输出等独特优势，可以广泛应用于各类单向和双向直流
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交流功率变换器中。
[0006]本专利技术提供一种多电平光伏逆变器，包括逆变桥臂、续流二极管、双绕组反相耦合分裂电感、输出滤波电容、控制器、直流母线分压电容、若干直流变换器，所述输出滤波电容并联在交流输出或公共电网两端，所述输出滤波电容与所述双绕组反相耦合分裂电感连接，所述双绕组反相耦合分裂电感、所述续流二极管与所述逆变桥臂连接，所述直流母线分压电容与所述逆变桥臂并联，所述逆变桥臂、所述直流母线分压电容与所述直流变换器连接，所述直流变换器与光伏组件或光伏组串输出电压连接，所述控制器检测与采样交流侧和直流侧电压或电流信号，调整与控制光伏并网逆变器的直流输入电压以及交流输出电流。
[0007]进一步地，所述逆变桥臂包括功率开关管和功率二极管，所述功率开关管和所述功率二极管连接，所述功率开关管与所述双绕组反相耦合分裂电感、所述续流二极管、所述直流变换器连接。
[0008]进一步地，所述控制器包括直流母线电压采样模块、交流输出电压采样模块、双绕组反相耦合分裂电感电流采样模块、正弦波调制模块、电压补偿器、电流补偿器、锁相环模块、交流峰值计算模块，所述直流母线电压采样模块检测采样直流母线电压，所述交流输出电压采样模块检测采样交流输出幅值大小后接至所述锁相环模块和所述交流峰值计算模块输入端，所述双绕组反相耦合分裂电感电流采样模块检测采样交流输出滤波电感电流幅值大小，所述正弦波调制模块用于产生各功率开关管驱动信号，所述电压补偿器基于电压参考信号调整直流母线电压幅值大小，所述锁相环模块产生交流频率与相位信号，并与所述电压补偿器输出信号相乘后产生电流参考信号，所述电流补偿器控制双绕组反相耦合分裂电感电流波形跟随交流输出变化而变化，所述交流峰值计算模块用于计算交流输出或公共电网电压峰值大小，并与所述锁相环模块输出信号相乘后再除以所述直流母线电压采样模块输出信号以作为所述电流补偿器输出的前馈信号，进行输出功率限制。
[0009]进一步地，所述控制器还包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、第一乘法器、第二乘法器及除法器，直流母线电压采样模块检测采样直流输入电压幅值大小后接至第一加法器负端和除法器一输入端，第一加法器正端接有电压参考信号，第一加法器输出端电压误差信号接至电压补偿器输入端，电压补偿器输出端接至乘法器一输入端，交流输出电压采样模块检测采样交流输出幅值大小后接至锁相环模块和交流峰值计算模块输入端，锁相环模块输出端接至第一乘法器另一输入端和第二乘法器一输入端，第一乘法器输出端电流参考信号接至第二加法器正端，交流输出滤波电感电流采样模块检测采样双绕组反相耦合分裂电感电流幅值大小后接至第二加法器负端，第二加法器输出端电流误差信号接至电流补偿器输入端，交流峰值计算模块输出端接至第二乘法器另一输入端，第二乘法器输出端接至除法器另一输入端，除法器输出端接至第三加法器一个正输入端，输出端接至第三加法器另一个正输入端，第三加法器输出端接至正弦波调制模块输入控制端，以产生各功率开关管驱动信号。
[0010]进一步地，所述逆变桥臂采用I型逆变桥臂，所述I型逆变桥臂包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率开关管的体二极管、第二功率开关管的体二极管、第三功率开关管的体二极管、第四功率开关管的体二极管、第一钳
位二极管、第二钳位二极管、钳位电容，所述直流母线分压电容包括第一直流母线分压电容、第二直流母线分压电容，所述续流二极管包括第一续流二极管、第二续流二极管，光伏组件或前级直流变换器输出的正极接至第一直流母线分压电容正极、第一续流二极管阴极和第一功率开关管漏极，光伏组件或前级直流变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多电平光伏逆变器，其特征在于：包括逆变桥臂、续流二极管、双绕组反相耦合分裂电感、输出滤波电容、控制器、直流母线分压电容、若干直流变换器，所述输出滤波电容并联在交流输出或公共电网两端，所述输出滤波电容与所述双绕组反相耦合分裂电感连接，所述双绕组反相耦合分裂电感、所述续流二极管与所述逆变桥臂连接，所述直流母线分压电容与所述逆变桥臂并联，所述逆变桥臂、所述直流母线分压电容与所述直流变换器连接，所述直流变换器与光伏组件或光伏组串输出电压连接，所述控制器检测与采样交流侧和直流侧电压或电流信号，调整与控制光伏并网逆变器的直流输入电压以及交流输出电流。2.如权利要求1所述的一种多电平光伏逆变器，其特征在于：所述逆变桥臂包括功率开关管和功率二极管，所述功率开关管和所述功率二极管连接，所述功率开关管与所述双绕组反相耦合分裂电感、所述续流二极管、所述直流变换器连接。3.如权利要求2所述的一种多电平光伏逆变器，其特征在于：所述控制器包括直流母线电压采样模块、交流输出电压采样模块、双绕组反相耦合分裂电感电流采样模块、正弦波调制模块、电压补偿器、电流补偿器、锁相环模块、交流峰值计算模块，所述直流母线电压采样模块检测采样直流母线电压，所述交流输出电压采样模块检测采样交流输出幅值大小后接至所述锁相环模块和所述交流峰值计算模块输入端，所述双绕组反相耦合分裂电感电流采样模块检测采样交流输出滤波电感电流幅值大小，所述正弦波调制模块用于产生各功率开关管驱动信号，所述电压补偿器基于电压参考信号调整直流母线电压幅值大小，所述锁相环模块产生交流频率与相位信号，并与所述电压补偿器输出信号相乘后产生电流参考信号，所述电流补偿器控制双绕组反相耦合分裂电感电流波形跟随交流输出变化而变化，所述交流峰值计算模块用于计算交流输出或公共电网电压峰值大小，并与所述锁相环模块输出信号相乘后再除以所述直流母线电压采样模块输出信号以作为所述电流补偿器输出的前馈信号，进行输出功率限制。4.如权利要求3所述的一种多电平光伏逆变器，其特征在于：所述控制器还包括第一加法器、第二加法器、第三加法器、第一乘法器、第二乘法器及除法器，直流母线电压采样模块检测采样直流输入电压幅值大小后接至第一加法器负端和除法器一输入端，第一加法器正端接有电压参考信号，第一加法器输出端电压误差信号接至电压补偿器输入端，电压补偿器输出端接至乘法器一输入端，交流输出电压采样模块检测采样交流输出幅值大小后接至锁相环模块和交流峰值计算模块输入端，锁相环模块输出端接至第一乘法器另一输入端和第二乘法器一输入端，第一乘法器输出端电流参考信号接至第二加法器正端，交流输出滤波电感电流采样模块检测采样双绕组反相耦合分裂电感电流幅值大小后接至第二加法器负端，第二加法器输出端电流误差信号接至电流补偿器输入端，交流峰值计算模块输出端接至第二乘法器另一输入端，第二乘法器输出端接至除法器另一输入端，除法器输出端接至第三加法器一个正输入端，输出端接至第三加法器另一个正输入端，第三加法器输出端接至正弦波调制模块输入控制端，以产生各功率开关管驱动信号。5.如权利要求2所述的一种多电平光伏逆变器，其特征在于：所述逆变桥臂采用I型逆变桥臂，所述I型逆变桥臂包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率开关管的体二极管、第二功率开关管的体二极管、第三功率开关管的体二极管、第四功率开关管的体二极管、第一钳位二极管、第二钳位二极管、钳位电容，所述直
流母线分压电容包括第一直流母线分压电容、第二直流母线分压电容，所述续流二极管包括第一续流二极管、第二续流二极管，光伏组件或前级直流变换器输出的正极接至第一直流母线分压电容正极、第一续流二极管阴极和第一功率开关管漏极，光伏组件或前级直流变换器输出的负极接至第二直流母线分压电容负极、第二续流二极管阳极和第四功率开关管源极，第一直流母线分压电容负极和第二直流母线分压电容正极接地，并与第一钳位二极管阳极、第二钳位二极管阴极相连，第一功率开关管源极、第二功率开关管漏极和第一钳位二极管阴极接至钳位电容一端，第三功率开关管源极、第四功率开关管漏极和第二钳位二极管阳极接至钳位电容另一端，第二功率开关管源极和第二续流二极管阴极接至双绕组反相耦合分裂电感一个绕组同名端，第三功率开关管漏极和第一续流二极管阳极接至双绕组反相耦合分裂电感另一个绕组异名端，双绕组反相耦合分裂电感一个绕组异名端及其另一个绕组同名端接至输出滤波电容一端和交流输出或公共电网一端火线，输出滤波电容另一端和交流输出另一端零线或中性线接地。6.如权利要求2所述的一种多电平光伏逆变器，其特征在于：所述逆变桥臂采用T型逆变桥臂，所述T型逆变桥臂包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一功率开关管的体二极管、第二功率开关管的体二极管、第三功率开关管的体二极管、第四功率开关管的体二极管、第一钳位二极管、第二钳位二极管，所述直流母线分压电容包括第一直流母线分压电容、第二直流母线分压电容，所述续流二极管包括第一续流二极管、第二续流二极管，光伏组件或前级直流变换器输出的正极接至第一直流母线分压电容正极、第一续流二极管阴极和第一功率开关管漏极，光伏组件或前级直流变换器输出的负极接至第二直流母线分压电容负极、第二续流二极管阳极和第二功率开关管源极，第一直流母线分压电容负极和第二直流母线分压电容正极接地，并与第一钳位二极管阳极、第二钳位二极管阴极相连，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁源兰，
申请(专利权)人：袁源兰，
类型：发明
国别省市：