CN101350569A - 太阳能光伏逆变器拓扑结构 - Google Patents

太阳能光伏逆变器拓扑结构 Download PDF

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文励洪
钟宇明
刘家恒
黄志昌
仲照东
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Abstract

本发明公开一种逆变器拓扑结构，包括有太阳能电池板、高频变压电路、DC－AC逆变电路，所述DC－AC逆变电路的输入端直接与所述太阳能电池板的两端相连；所述高频变压电路的原边与所述DC－AC逆变电路的输出端相连、副边与一桥式整流电路的输入端相连；所述桥式整流电路的输出端还连接有一工频换向电路。本发明减少了逆变过程的损耗、减少了布线空间、提高了变压转换效率、降低了成本、并且减少了电磁干扰。

Description

太阳能光伏逆变器拓扑结构
技术领域
本发明涉及光伏发电逆变技术，尤其涉及一种太阳能光伏逆变器拓扑结构。
背景技术
随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重大基本问题，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。近二、三十年来，太阳能光伏(Photovoltaic，PV)发电技术得到了持续的发展，光伏并网发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。开展太阳能光伏发电并网逆变系统的研究，对于缓解能源和环境问题，研究高性能分布式发电系统，开拓广阔的光伏发电市场和掌握相关领域的先进技术，具有重大的理论和现实意义。随着电力电子技术的突飞猛进地发展，产生了很多逆变控制器的拓扑结构。
图1是现有技术中常用的并网型太阳能光伏逆变器拓扑结构，太阳能电池板输出约34V的直流电压，通过由二极管D1、D2；电容C1、C2；电感L1；开关管组件Q9构成的DC-DC升压电路升压到400V以上后，经过由开关管组件Q1、Q2、Q3、Q4构成的全桥电路，并由高频变压器Transformer隔离实现交流电的输出并网。这种并网型拓扑结构有以下缺点：
必须有DC-DC升压电路，开关电源升压过程损耗比较大；
由于DC BUS上为高压，在电路的走线上必须有一定的隔离空间，不利于总体布线；
需要两级电压变换，导致转换效率较低；
由于升压作用，MOS管、电容等元器件的都要选择高压型器件，成本比较高；
DC-DC升压和DC-AC逆变电路都是高频调制电路，电磁干扰比较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种逆变器拓扑结构，该逆变器拓扑结构可减少逆变过程的损耗、减少布线空间、提高变压转换效率、降低成本、减少电磁干扰。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能光伏逆变器拓扑结构，包括有太阳能电池板、高频变压电路、DC-AC逆变电路，其中：
所述DC-AC逆变电路的输入端直接与所述太阳能电池板的两端相连；所述高频变压电路的原边与所述DC-AC逆变电路的输出端相连、副边与一桥式整流电路的输入端相连；所述桥式整流电路的输出端还连接有一工频换向电路。
本发明的有益效果是：
本发明的实施例通过将太阳能电池输出电压先转换为正弦波形后，再经过升压、整流、换向，得到高压交流电，从而减少了逆变过程的损耗、减少了布线空间、提高了变压转换效率、降低了成本、并且减少了电磁干扰。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是现有技术中并网型太阳能光伏逆变器拓扑结构的电路原理图。
图2是本发明提供的太阳能光伏逆变器拓扑结构一个实施例的组成结构图。
图3是本发明提供的太阳能光伏逆变器拓扑结构一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
参考图2，该图是本发明提供的太阳能光伏逆变器拓扑结构一个实施例的组成结构图；如图所示，本实施例主要由以下部分依次连接而成组成：
太阳能电池板(Solar Panel)1、DC-AC逆变电路2、高频变压电路3、桥式整流电路4、工频换向电路5。图2中画的是工频逆变电路画错了，应该是工频换向电路。附图中出现了很多半波整流都错了，应该是全波整流。
参考图3，上述各部分在电路中的连接关系、功能、及具体结构如下：
所述DC-AC逆变电路的输入端直接与所述太阳能电池板Solar Panel的两端DC+、DC-相连，其主要作用是将太阳能电池板Solar Panel输出的低压直流电调制成正弦波形，具体实现时，所述DC-AC逆变电路为由开关管组件开关管组件Q1～Q4构成的全桥电路。
本实施例中，高频变压电路采用变压器Transformer，变压器Transformer的原边与所述DC-AC逆变电路的输出端相连、副边与一桥式整流电路的输入端相连；
所述桥式整流电路为由二极管D3～D6构成的全波整流桥，其输出端还连接有一工频换向电路，所述工频换向电路的作用是将经过升压、整流后的正弦波形逆变为标准的AC电源，并输送至城市公共电网，具体实现时，所述工频换向电路为由开关管组件Q5～Q8构成的低频的全桥电路；
其中，所述开关管组件Q1～Q8可以是其内部带有反并联二极管的开关晶体管，也可以由开关管及与所述开关晶体管反并联的二极管构成。
具体实现时，所述开关管可以是高压金属氧化物硅场效应晶体管(MetalOxide Semiconductor Field-effect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等。
本发明提供的逆变器拓扑结构与图2所示现有技术的逆变器相比，具有以下优点：
减少了一级DC-DC高频升压电路，增加了一级工频换向电路，系统结构变得较为简单，并且提高了系统的整体效率；
对系统的控制变得更加简单方便；
由于高频变压器原边为低压电路，即使在异常情况下也不易损坏太阳能电池板，对控制电路的损害也相对较小；
交流侧二极管电路可以有效地防止电网能量的反灌；
由于只有一级高频控制，减少了电磁干扰；
可以使用低压的元器件，减少了系统成本。
另外，本实施例描述的是并网型的逆变器拓扑结构，事实上，基于同样的原理，本发明也可以应用于非并网型逆变器拓扑结构，因此，所述非并网型逆变器拓扑结构也应该在本发明的保护范围之内。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种太阳能光伏逆变器拓扑结构，包括有太阳能电池板、高频变压电路、DC-AC逆变电路，其特征在于：
所述DC-AC逆变电路的输入端直接与所述太阳能电池板的两端相连；所述高频变压电路的原边与所述DC-AC逆变电路的输出端相连、副边与一桥式整流电路的输入端相连；所述桥式整流电路的输出端还连接有一工频换向电路。
2、如权利要求1所述的太阳能光伏逆变器拓扑结构，其特征在于，所述DC-AC逆变电路和工频换向电路均为全桥电路，其中，所述工频换向电路为低频的全桥电路。
3、如权利要求2所述的太阳能光伏逆变器拓扑结构，其特征在于，所述全桥电路由四组开关管组件构成。
4、如权利要求2所述的太阳能光伏逆变器拓扑结构，其特征在于，所述开关管组件由内部带有反并联二极管的开关晶体管构成，或者由开关晶体管及与所述开关晶体管反并联的二极管构成。
5、如权利要求3或4所述的太阳能光伏逆变器拓扑结构，其特征在于，所述开关晶体管为绝缘栅双极晶体管或高压金属氧化物硅场效应晶体管。
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