CN102684523A

CN102684523A - 太阳能光伏逆变器拓扑电路

Info

Publication number: CN102684523A
Application number: CN2011100668300A
Authority: CN
Inventors: 沈永兵; 徐进; 黄景春
Original assignee: Shanghai Shenfei Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Shenfei Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其包括直流升压电路、直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器，直流升压电路和一个太阳能电池板、直流转化交流逆变电路连接，直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器连接，电磁兼容性滤波器和一个电网连接。本发明通过将太阳能电池输出电压先进行太阳能最大功率点追踪器的直流升压电路后，再经过直流转化交流逆变电路得到交流电直接并网，从而减少了逆变器逆变过程的损耗。

Description

太阳能光伏逆变器拓扑电路

技术领域

本发明涉及一种逆变器，特别涉及一种太阳能光伏逆变器拓扑电路。

背景技术

随着二十一世纪世界日益严重的能源短缺和环境污染问题，可再生的清洁能源发展和应用越来越受到世界各国政府的广泛关注；上世纪八十年代以来，太阳能光伏发电技术得到了高速的发展，太阳能光伏并网发电方式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和高性能分布式发电系统的研究，对于开拓广阔的光伏发电市场、掌握电力电子领域的先进技术、缓解能源和环境问题，具有非常深远的意义。

目前并网型太阳能光伏逆变器拓扑电路常用的主电路拓扑结构有二种：一种是如图1所示的带工频隔离变压器的太阳能光伏逆变器拓扑电路的拓扑结构，另一种是如图2所示的带高频隔离变压器的太阳能光伏逆变器拓扑电路的拓扑结构。如图1所示，太阳能电池板输出的直流电压，通过由电感L、第五IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)功率开关Q5、第五续流二极管D5、嵌位二极管D、电容C组成直流升压电路；经过由第一IGBT功率开关Q1、第二IGBT功率开关Q2、第三IGBT功率开关Q3、第四IGBT功率开关Q4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4构成的全桥逆变电路逆变，再经过由工频变压器隔离实现交流电的输出，输出交流电经过由第一扼流电感L1、第一电容C1组成的低通滤波器滤波后并网输出；这种并网型拓扑结构有以下几个缺点：一、由于使用工频隔离变压器，使得逆变器的成本较高。二、工频隔离变压器，减低了逆变器的转换效率。三、由于使用工频隔离变压器，增加了逆变器的重量。

如图2所示，太阳能电池板输出的直流电压，通过由电感L、第五IGBT功率开关Q5、第五续流二极管D5、嵌位二极管D、电容C组成直流升压电路；经过由第一IGBT功率开关Q1、第二IGBT功率开关Q2、第三IGBT功率开关Q3、第四IGBT功率开关Q4、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4构成的全桥逆变电路逆变；再经由第一扼流电感L1、第二扼流电感L2、第一电容C1组成的导抗交换器与高频变压器T1相连输出交流电；再经由第六嵌位二极管D6、第七嵌位二极管D7、第八嵌位二极管D8、第九嵌位二极管D9、第十嵌位二极管D10、第十一嵌位二极管D11、第十二嵌位二极管D12、第十三嵌位二极管D13和第六IBGB功率开关Q6、第七IBGB功率开关Q7、第八IBGB功率开关Q8、第九IBGB功率开关Q9组成的工频转换器实现交流电输出；最后经由第三电感L3和第二电容C2组成的低通滤波器滤波后并网输出；这种并网型拓扑结构有以下几个缺点：一、由于使用高频隔离变压器，同样存在效率损耗、重量等问题。二、由于使用工频变换器，增加了光伏逆变器的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其通过将太阳能电池输出电压先进行太阳能最大功率点追踪器的直流升压电路后，再经过直流转化交流逆变电路得到交流电直接并网，从而减少了逆变器逆变过程的损耗。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，太阳能光伏逆变器拓扑电路包括直流升压电路，其特征在于，太阳能光伏逆变器拓扑电路还包括直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器，直流升压电路和一个太阳能电池板、直流转化交流逆变电路连接，直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器连接，电磁兼容性滤波器和一个电网连接。

优选地，所述直流升压电路包括电感、第八IGBT功率开关、第八续流二极管、第七IGBT功率开关、第七续流二极管和电容，太阳能电池板与电感串联，太阳能电池板与第八IGBT功率开关、第八续流二极管、第七IGBT功率开关、第七续流二极管和电容并联。

优选地，所述直流转化交流逆变电路包括第一IGBT功率开关、第二IGBT功率开关、第三IGBT功率开关、第四IGBT功率开关、第五IGBT功率开关、第六IGBT功率开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管，第一IGBT功率开关和第一续流二极管并联，第二IGBT功率开关和第二续流二极管并联，第三IGBT功率开关和第三续流二极管并联，第四IGBT功率开关和第四续流二极管并联，第五IGBT功率开关和第五续流二极管并联，第六IGBT功率开关和第六续流二极管并联，第五IGBT功率开关和第八IGBT功率开关串联，第七IGBT功率开关和第六IGBT功率开关串联。

优选地，所述电磁兼容性滤波器通过第一扼流电感、第二扼流电感和直流转化交流逆变电路连接，第一扼流电感的一端连接在第一IGBT功率开关、第二IGBT功率开关之间，第二扼流电感的一端连接在第三IGBT功率开关、第四IGBT功率开关之间，第一扼流电感和第二扼流电感并联，第一扼流电感的另一端和电磁兼容性滤波器串联，第二扼流电感的另一端和电磁兼容性滤波器串联。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过将太阳能电池输出电压先进行太阳能最大功率点追踪器的直流升压电路后，再经过直流转化交流逆变电路得到交流电直接并网，从而减少了逆变器逆变过程的损耗，提高了逆变器功率转换效率，降低了逆变器成本重量，减少共模电流干扰，减少了电磁干扰。

附图说明

图1为现有带工频隔离变压器的太阳能光伏逆变器拓扑电路的电路示意图。

图2为现有带高频隔离变压器的太阳能光伏逆变器拓扑电路的电路示意图。

图3为本发明太阳能光伏逆变器拓扑电路的电路示意图。

图4为本发明太阳能光伏逆变器拓扑电路的结构框图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图3和图4所示，本发明太阳能光伏逆变器拓扑电路包括直流升压电路、直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器，直流升压电路和太阳能电池板、直流转化交流逆变电路连接，直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器连接，电磁兼容性滤波器和电网连接。本发明的具体结构如下：太阳能电池板与电感L串联，太阳能电池板与第八IGBT功率开关Q8、第八续流二极管D8、第七IGBT功率开关Q7、第七续流二极管D7和电容C并联，电感L、第八IGBT功率开关Q8、第八续流二极管D8、第七IGBT功率开关Q7、第七续流二极管D7和电容C组成了最大功率点跟踪的直流升压电路；直流转化交流逆变电路包括第一IGBT功率开关Q1、第二IGBT功率开关Q2、第三IGBT功率开关Q3、第四IGBT功率开关Q4、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6，第一IGBT功率开关Q1和第一续流二极管D1并联，第二IGBT功率开关Q2和第二续流二极管D2并联，第三IGBT功率开关Q3和第三续流二极管D3并联，第四IGBT功率开关Q4和第四续流二极管D4并联，第五IGBT功率开关Q5和第五续流二极管D5并联，第六IGBT功率开关Q6和第六续流二极管D6并联，第五IGBT功率开关Q5和第八IGBT功率开关Q8串联，第七IGBT功率开关Q7和第六IGBT功率开关Q6串联。在输出的交流部分设有第一扼流电感L1、第二扼流电感L2和电磁兼容性滤波器(EMC滤波器)，第一扼流电感L1的一端连接在第一IGBT功率开关Q1、第二IGBT功率开关Q2之间，第二扼流电感L2的一端连接在第三IGBT功率开关Q3、第四IGBT功率开关Q4之间，第一扼流电感L1和第二扼流电感L2并联，第一扼流电感L1的另一端和电磁兼容性滤波器串联，第二扼流电感L2的另一端和电磁兼容性滤波器串联。

用电网频率对第一IGBT功率开关Q1、第三IGBT功率开关Q3进行触发，用正弦波调制的高频脉冲对第二IGBT功率开关Q2、第四IGBT功率开关Q4、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6进行触发；第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6在第一IGBT功率开关Q1接入供电电压正半周时，与第四IGBT功率开关Q4同步进行正弦波宽度调制的脉冲触发；负载电流通过第五IGBT功率开关Q5、第一IGBT功率开关Q1、第四IGBT功率开关Q4、第六IGBT功率开关Q6形成；如果高频脉动的第四IGBT功率开关Q4、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6同步关闭，那么负载电流经由第一IGBT功率开关Q1、第三续流二极管D3构成的自振荡转向/转换。在供电电压的负半周中，其中第一IGBT功率开关Q1、第四IGBT功率开关Q4关闭，而第三IGBT功率开关Q3导通，第二IGBT功率开关Q2、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6与开进行相同的脉宽调制触发；这样负载电流通过第二IGBT功率开关Q2、第三IGBT功率开关Q3、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6形成回路；如果同步关闭第二IGBT功率开关Q2、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6脉冲触发，那么负载电流经由第一IGBT功率开关Q1和第一续流二极管D1上自振荡转向。

综上所述，本发明使用一个设置在直流升压电路上的第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6将负载电路从太阳能电池板端子上完全脱离开，这样可以避免高频电压分量出现在端子线路上。而且第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6还可用作直流端相对于交流端的附加断路开关。另一个直流端按照同样地原理通过功率开关第二IGBT功率开关Q2、第四IGBT功率开关Q4与交流电路脱离连接。通过功率开关元件第二IGBT功率开关Q2、第四IGBT功率开关Q4、第五IGBT功率开关Q5、第六IGBT功率开关Q6对称的分配电压，可以使用有相同特性的功率开关或二极管元件。另外通过自振荡，降低第一扼流电感L1和第二扼流电感L2中的电流波动，可以降低磁化损耗、减少共模电流的产生。通过本发明可以实现一种低损耗，无变压器，重量轻，共模电流干扰少、电磁干扰低的逆变器。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，太阳能光伏逆变器拓扑电路包括直流升压电路，其特征在于，太阳能光伏逆变器拓扑电路还包括直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器，直流升压电路和一个太阳能电池板、直流转化交流逆变电路连接，直流转化交流逆变电路和电磁兼容性滤波器连接，电磁兼容性滤波器和一个电网连接。

2.如权利要求1所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述直流升压电路包括电感、第八IGBT功率开关、第八续流二极管、第七IGBT功率开关、第七续流二极管和电容，太阳能电池板与电感串联，太阳能电池板与第八IGBT功率开关、第八续流二极管、第七IGBT功率开关、第七续流二极管和电容并联。

3.如权利要求2所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述直流转化交流逆变电路包括第一IGBT功率开关、第二IGBT功率开关、第三IGBT功率开关、第四IGBT功率开关、第五IGBT功率开关、第六IGBT功率开关、第一续流二极管、第二续流二极管、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管，第一IGBT功率开关和第一续流二极管并联，第二IGBT功率开关和第二续流二极管并联，第三IGBT功率开关和第三续流二极管并联，第四IGBT功率开关和第四续流二极管并联，第五IGBT功率开关和第五续流二极管并联，第六IGBT功率开关和第六续流二极管并联，第五IGBT功率开关和第八IGBT功率开关串联，第七IGBT功率开关和第六IGBT功率开关串联。

4.如权利要求3所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述电磁兼容性滤波器通过第一扼流电感、第二扼流电感和直流转化交流逆变电路连接，第一扼流电感的一端连接在第一IGBT功率开关、第二IGBT功率开关之间，第二扼流电感的一端连接在第三IGBT功率开关、第四IGBT功率开关之间，第一扼流电感和第二扼流电感并联，第一扼流电感的另一端和电磁兼容性滤波器串联，第二扼流电感的另一端和电磁兼容性滤波器串联。