CN103929076A

CN103929076A - 一种新型光伏逆变器拓扑

Info

Publication number: CN103929076A
Application number: CN201310016654.9A
Authority: CN
Inventors: 古俊银
Original assignee: INVOLAR Corp Ltd
Current assignee: INVOLAR Corp Ltd
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明公开了一种新型光伏逆变器拓扑，属于新能源技术领域。本发明结合多种光伏逆变器中高效实用的拓扑，提出了一种新颖的双路的软开关并联输入的单相LCL或L并网逆变器的拓扑结构。本发明中的ZVT－boost双路并联输入，可以降低每一路电压输入等级，降低dy／dt，可以简化输入滤波器设计，同时可以减小电压应力和电磁干扰强度，从而降低损耗。主电路功率器件采用软开关拓扑结构，通过谐振来实现零电压开通和零电流关断，可显著减少主功率器件的开关损耗，提高整机的运行效率。在并网端使用LCL或L并网策略，若采用LCL并网电路，则可以大大减小并网电感容量，缩小电感体积，降低电感的铁损和铜损，提高系统的动态响应能力。

Description

一种新型光伏逆变器拓扑

技术领域

本发明涉及的是一种新型光伏逆变器拓扑，属新能源技术领域，特别涉及光伏并网发电领域中的集中逆变技术。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能等新能源发电技术成为世界各国关注和研究的热点。光伏并网发电技术是指利用太阳能电池板发电并通过光伏并网逆变器将太阳能发出的电能传输到电网上供负载使用的技术。集中式光伏发电首先将太阳能光伏板串联或并联连接，提供较高的电压及功率，再通过并网逆变器将电能集中传输到电网的方式。随着高效利用光伏能源技术的不断发展，众多逆变器厂家不断的推出新型、高效的拓扑，比如双路输入并联拓扑、主电路功率器件软开关拓扑等。本发明专利结合多种光伏逆变器中高效实用的拓扑，提出了一种新颖的双路的软开关并联输入的单相LCL或L并网逆变器的拓扑结构。本发明中的ZVT-boost双路并联输入，每路输入电压小于300V，双路并联输入可以降低每一路电压输入等级，降低dv/dt，可以简化输入滤波器设计，减小滤波器参数，同时可以减小电压应力和电磁干扰强度，从而降低损耗。主电路功率器件采用软开关拓扑结构，通过谐振来实现零电压开通和零电流关断，可显著减少主功率器件的开关损耗，提高整机的运行效率。本发明在并网端使用LCL或L并网策略，若采用LCL并网电路，则可以大大减小并网电感容量，缩小电感体积，降低电感的铁损和铜损，提高系统的动态响应能力。由此可以看出，采用本发明中提出的几点关键措施，可以大大提高逆变器的输入输出特性，降低系统的损耗，提升系统的效率，可以比常用的光伏逆变器更加高效地利用光伏能源。

发明内容

本发明公开了一种新型光伏逆变器拓扑，属新能源技术领域。

本发明专利结合多种光伏逆变器中高效实用的拓扑，提出了一种新颖的双路的软开关并联输入的单相LCL或L并网逆变器的拓扑结构。本发明中的ZVT-boost双路并联输入，每路输入电压小于300V，双路并联输入可以降低每一路电压输入等级，降低dv/dt，可以简化输入滤波器设计，减小滤波器参数，同时可以减小电压应力和电磁干扰强度，从而降低损耗。主电路功率器件采用软开关拓扑结构，通过谐振来实现零电压开通和零电流关断，可显著减少主功率器件的开关损耗，提高整机的运行效率。本发明在并网端使用LCL或L并网策略，若采用LCL并网电路，则可以大大减小并网电感容量，缩小电感体积，降低电感的铁损和铜损，提高系统的动态响应能力。由此可以看出，采用本发明中提出的几点关键措施，可以大大提高逆变器的输入输出特性，降低系统的损耗，提升系统的效率，可以比常用的光伏逆变器更加高效地利用光伏能源。

附图说明

附图1为本发明的一种新型光伏逆变器(LCL并网电路)拓扑图

附图2为本发明的一种新型光伏逆变器(L并网电路)拓扑图

附图1标记

20—第一路ZVT-boost 软开关变换器；30—第二路ZVT-boost 软开关变换器；40—H桥逆变电路；50—LCL电路；60—电网；PV1—第一路光伏组件；PV2—第二路光伏组件；C_in1—第一路输入电容；C_in2—第二路输入电容；L₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感；M_z1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管；M_f1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管；D_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管；C_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容；L_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感；D₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1；D₂—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2；D₃—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3；D₄—第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管；C₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容；L₂—第二路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感；M_z2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管；M_f2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管；D_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管；C_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容；L_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感；D₅—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1；D₆—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2；D₇—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3；D₈—第二路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管；C₂—第二路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容；C₃—母线上电容；S₃—H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管；S₄—H桥逆变电路上桥臂中的第二开关管；S₅—H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管；S₆—H桥逆变电路下桥臂中的第二开关管；L_o1—LCL电路中的电感1；L_o2—LCL电路中的电感2；C_o—LCL电路中的电容。

附图2标记

20—第一路ZVT-boost 软开关变换器；30—第二路ZVT-boost 软开关变换器；40—H桥逆变电路；50—L电路；60—电网；PV1—第一路光伏组件；PV2—第二路光伏组件；C_in1—第一路输入电容；C_in2—第二路输入电容；L₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感；M_z1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管；M_f1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管；D_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管；C_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容；L_r1—第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感；D₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1；D₂—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2；D₃—第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3；D₄—第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管；C₁—第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容；L₂—第二路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感；M_z2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管；M_f2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管；D_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管；C_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容；L_r2—第二路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感；D₅—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1；D₆—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2；D₇—第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3；D₈—第二路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管；C₂—第二路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容；C₃—母线上电容；S₃—H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管；S₄—H桥逆变电路上桥臂中的第二开关管；S₅—H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管；S₆—H桥逆变电路下桥臂中的第二开关管；L_o—L电路中的电感。

具体实施方式

本发明的一种新型光伏逆变器拓扑包括光伏组件、两路ZVT-boost 软开关变换器、H桥逆变电路和LCL或L并网电路四大部分。

为了叙述清楚，本发明详细地分析附图1和附图2，具体如下：

在附图1中，第一路光伏组件PV1的正极与第一路输入电容C_in1的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₁的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₁的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的源极、第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r1的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₁的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₄的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管D_r1和第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容C_r1并联在第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的两端；第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r1的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₁的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₁的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₂的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f1的源极相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₂的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₃的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₁的另一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₃的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₄的另一端、母线上电容C₃的一端、H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₃的源极、 H桥逆变电路上桥臂中的第二开关管S₄的源极相连；第一路光伏组件PV1的负极和第一路输入电容C_in1的另一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的漏极、第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f1的漏极、H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₅的漏极； H桥逆变电路下桥臂中的第二开关管S₆的漏极相连。

第二路光伏组件PV2的正极与第二路输入电容C_in2的一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₂的一端相连；第二路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₂的另一端接第二路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z2的源极、第二路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r2的一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₂的一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₈的一端；第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管D_r2和第二路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容C_r2并联在第二路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z2的两端；第二路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r2的另一端和第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₅的一端相连；第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₅的另一端和第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₆的一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f2的源极相连；第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₆的另一端和第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₇的一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₂的另一端相连；第二路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₇的另一端和第二路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₈的另一端、母线上电容C₃的一端、H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₃的源极、 H桥逆变电路上桥臂中的第二开关管S₄的源极相连；第二路光伏组件PV2的负极和第二路输入电容C_in2的另一端、第二路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z2的漏极、第二路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f2的漏极、H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₅的漏极； H桥逆变电路下桥臂中的第二开关管S₆的漏极、母线上电容C₃的另一端相连。

H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₃的漏极和H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₅的源极、LCL电路中的电感1 L_o1的一端相连；LCL电路中的电感1 L_o1的另一端和LCL电路中的电感2 L_o2的一端、LCL电路中的电容C_o的一端相连；LCL电路中的电感2 L_o2的另一端和电网(60)的一端相连；H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₄的漏极和H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₆的源极、LCL电路中的电感C_o的另一端、电网(60)的另一端相连。

在附图2中，第一路光伏组件PV1的正极与第一路输入电容C_in1的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₁的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的输入电感L₁的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的源极、第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r1的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₁的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₄的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体二极管D_r1和第一路ZVT-boost软开关变换器中主开关管的体电容C_r1并联在第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的两端；第一路ZVT-boost软开关变换器中的谐振电感L_r1的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₁的一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管1 D₁的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₂的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f1的源极相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管2 D₂的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₃的一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的缓冲电容C₁的另一端相连；第一路ZVT-boost软开关变换器中的二极管3 D₃的另一端和第一路ZVT-boost软开关变换器中的升压二极管D₄的另一端、母线上电容C₃的一端、H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₃的源极、 H桥逆变电路上桥臂中的第二开关管S₄的源极相连；第一路光伏组件PV1的负极和第一路输入电容C_in1的另一端、第一路ZVT-boost软开关变换器中的主开关管M_z1的漏极、第一路ZVT-boost软开关变换器中的辅助开关管M_f1的漏极、H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₅的漏极； H桥逆变电路下桥臂中的第二开关管S₆的漏极相连。

H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₃的漏极和H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₅的源极、L电路中的电感 L_o的一端相连；L电路中的电感 L_o的另一端和电网(60)的一端相连；H桥逆变电路上桥臂中的第一开关管S₄的漏极和H桥逆变电路下桥臂中的第一开关管S₆的源极、电网(60)的另一端相连。

Claims

1.一种新型光伏逆变器拓扑，其特征在于，包括光伏组件、两路ZVT-boost 软开关变换器、H桥逆变电路和LCL或L并网电路四大部分。

2.根据权利要求1所述的两路ZVT-boost 软开关变换器，其特征在于，双路并联输入，每路输入电压小于300V，双路并联输入可以降低每一路电压输入等级，降低dv/dt，可以简化输入滤波器设计，减小滤波器参数，同时可以减小电压应力和电磁干扰强度，从而降低损耗。

3.根据权利要求1所述的两路ZVT-boost 软开关变换器，其特征在于，主电路功率器件采用软开关拓扑结构，软开关频率高于100KHz，通过谐振来实现零电压开通和零电流关断。

4.根据权利要求1所述的LCL电路，其特征在于，并网端使用LCL并网电路，则可以大大减小并网电感容量，缩小电感体积，降低电感的铁损和铜损，提高系统的动态响应能力。