CN110535334A - 三相多重工频隔离型光伏并网逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，包括第一光伏阵列、第二光伏阵列、第一直流侧稳压电容、第二直流侧稳压电容、第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥、基于感应滤波技术的新型隔离式变压器，第一直流侧稳压电容与第一光伏阵列以及第一三相电压型逆变桥的直流侧相连，第二直流侧稳压电容与第二光伏阵列以及第二三相电压型逆变桥的直流侧相连。本发明不仅可以取代LC滤波器的作用，而且与传统的加LC滤波装置系统方案相比，本发明能有效地消除变压器铁芯中的谐波磁通；这样不仅可以提高变压器副边并网侧的电能质量，而且可以抑制谐波对变压器的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种三相多重工频隔离型光伏并网逆变器。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城乡居民的消费结构不断升级，资源矛盾突出，因此开发新能源、改善能源结构对平稳经济发展至关重要。为了解决能源危机及保护人类赖以生存的环境，寻找新能源成为现在的首要问题。诸如太阳能、风能、潮汐能等都属于可再生的清洁能源。太阳能具有取之不尽、清洁、易于维护等优势，所以三相多重工频隔离型光伏并网逆变器成为当前研究的热点。
然而由于逆变器件的非线性，光伏阵列的直流电经过DC/AC变换器之后所产生的谐波污染会降低三相多重工频隔离型光伏并网逆变器的可靠性以及使用寿命。常规方法为在DC/AC逆变器后连接LC滤波器来抑制逆变器所产生的谐波污染。采用滤波器能够抑制光伏逆变器中的各种谐波，可以有效解决从小功率至大功率等不同功率等级光伏逆变器的谐波污染问题。但是在很多场合，滤波器的容量很大，这会增加系统的成本和体积，同时也带来了额外的能量损耗。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，以使降低成本、体积和能耗。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，包括第一光伏阵列、第二光伏阵列、第一直流侧稳压电容、第二直流侧稳压电容、第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥、基于感应滤波技术的新型隔离式变压器，第一直流侧稳压电容与第一光伏阵列以及第一三相电压型逆变桥的直流侧相连，第二直流侧稳压电容与第二光伏阵列以及第二三相电压型逆变桥的直流侧相连，第一三相电压型逆变桥的交流侧和第二三相电压型逆变桥的交流侧分别与基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的第一组和第二组原边绕组相连，基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的副边绕组外接三相工频交流电网。
进一步地，所述基于感应滤波技术的新型隔离式变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上设有三个原边绕组和一个副边绕组；各绕组相互独立，各绕组匝比为N1:N2:N3:N4=1k 1:1.73k 1:1.73k 2:1，其中，N1、N2、N3、N4分别为基于感应滤波技术的隔离变压器第一组原边绕组匝数、第二原边组绕组匝数、第三组原边绕组匝数、副边绕组匝数，k 1为隔离式变压器的原副边绕组匝数比，k 2为感应滤波绕组与副边绕组匝数比；基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的第一组三个原边绕组星形联结，第二组三个原边绕组三角形联结，第三组三个原边绕组三角形联结，三个副边绕组构成星形联结，第三组原边绕组每相与一组串联的滤波电容和滤波电感相连，三组串联的滤波电容和滤波电感星形联结，构成感应滤波装置。
进一步地，所述第一直流侧稳压电容和第二直流侧稳压电容均由两个大小相同的大电容组成。
进一步地，第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥都由三个桥臂进行并联而成，每个桥臂由两个可控器件进行串联，每个可控器件上设有反并联的不可控器件，并且第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥输出的三相电压具有30o的相位差。
进一步地，第一光伏阵列和第二光伏阵列形状大小相同，容量相同。
本发明的有益效果为：本发明不仅可以取代LC滤波器的作用，而且与传统的加LC滤波装置系统方案相比，本发明能有效地消除变压器铁芯中的谐波磁通；这样不仅可以提高变压器副边并网侧的电能质量，而且可以抑制谐波对变压器的不利影响。
附图说明
图1是本发明实施例的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器的电路结构图。
图2是本发明实施例的基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的绕组结构图。
图3是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第一种工作模态的电路图。
图4是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第二种工作模态的电路图。
图5是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第三种工作模态的电路图。
图6是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第四种工作模态的电路图。
图7是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第五种工作模态的电路图。
图8是本发明实施例的三相电压型逆变桥的第六种工作模态的电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1～图2，本发明实施例的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器包括第一光伏阵列1、第二光伏阵列2、第一直流侧稳压电容3、第二直流侧稳压电容4、第一三相电压型逆变桥5、第二三相电压型逆变桥6、基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7。
第一直流侧稳压电容3与第一光伏阵列1以及第一三相电压型逆变桥5的直流侧相连，第二直流侧稳压电容4与第二光伏阵列2以及第二三相电压型逆变桥6的直流侧相连，第一三相电压型逆变桥5的交流侧和第二三相电压型逆变桥6的交流侧分别与基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7的第一组和第二组原边绕组相连，基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7的副边绕组外接三相工频交流电网。
请参照图1～图2，作为一种实施方式，基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7由三个芯柱组成，每个芯柱上设有三个原边绕组和一个副边绕组。如图1所示，三个芯柱上的绕组分别为a1、a2、a3、a，b1、b2、b3、b，c1、c2、c3、c。绕组a1、a2、a3、a、位于同一芯柱上，绕组b1、b2、b3、b、位于同一芯柱上，绕组c1、c2、c3、c、位于同一芯柱上。各绕组相互独立，各绕组匝比为N1:N2:N3:N4=1k 1:1.73k 1:1.73k 2:1，其中，N1、N2、N3、N4分别为基于感应滤波技术的隔离变压器第一组原边绕组匝数、第二原边组绕组匝数、第三组原边绕组匝数、副边绕组（即图1中的a、b、c）匝数，k 1为隔离式变压器的原副边绕组匝数比，k 2为感应滤波绕组与副边绕组匝数比。
基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7的第一组三个原边绕组（即图1中的a1、b1、c1）星形联结，第二组三个原边绕组（即图1中的a2、b2、c2）三角形联结，第三组三个原边绕组（即图1中的a3、b3、c3）三角形联结，三个副边绕组构成星形联结，第三组原边绕组每相与一组串联的滤波电容和滤波电感相连，三组串联的滤波电容和滤波电感星形联结，构成感应滤波装置，可以实现滤除特征次谐波的功能。即原边绕组a1、b1、c1构成星形联结，其正端分别与第一组逆变桥的右端相连，原边绕组a2、b2、c2构成角形联结，其正端分别与第二组逆变桥的右端相连，原边绕组a3、b3、c3构成角形联结，其正端分别与外接的滤波装置连接。本实施方式采用隔离式变压器，变压器原、副边存在电气隔离，使得变压器具有较高的安全性。
本发明利用变压器二次绕组△/ Y联结消除低次谐波电流，第三组原边绕组每相分别与串联的滤波电容和滤波电感相连，可以实现滤除特征次谐波的功能。
本发明实施例抑制谐波的具体原理是；
本发明与仅包含两个原边绕组和一个副边绕组的常规双分裂变压器不同，基于感应滤波技术的新型隔离式变压器7额外增加了一个滤波绕组，其专接滤波装置。图1中，C as，C bs，C cs，分别为基于感应滤波技术的隔离变压器第三组原边绕组的外加滤波器的三相电容，L as，L bs，L cs分别为基于感应滤波技术的隔离变压器第三组原边绕组的外加滤波器的三相电感。L as，L bs，L cs和C as，C bs，C cs分别为滤波装置等效电感与等效电容。其绕组连接方式为Y/△/△/Y，通过Y接绕组和△接绕组移相30o，抵消逆变桥产生的6n±1次谐波。同时感应滤波技术的应用使得在变压器内部构成零阻抗通路，由DC/AC变换器流入变压器的12 n±1次谐波可以经过汇流并从滤波绕组引出，配合外接的滤波装置实现滤除特征次谐波的功能。
作为一种实施方式，所述第一直流侧稳压电容3和第二直流侧稳压电容4均由两个大小相同的大电容组成，使得第一三相电压型逆变桥5、第二三相电压型逆变桥6的左端电压基本无脉动，并且第一直流侧稳压电容3和第二直流侧稳压电容4能起到缓冲无功能量的作用。如图1所示，第一直流侧稳压电容3由上端的电容C 11和下端的电容C 12组成，第二直流侧稳压电容4由上端的电容C 21和下端的电容C 22组成。电容C 11、电容C 12、电容C 21和电容C 22的容值大小相同。
作为一种实施方式，第一三相电压型逆变桥5、第二三相电压型逆变桥6都由三个桥臂进行并联而成，每个桥臂由两个可控器件进行串联，每个可控器件上设有反并联的不可控器件，并且采用PWM同步调制控制方式使第一三相电压型逆变桥5、第二三相电压型逆变桥6输出的三相电压具有30o的相位差。本发明的三相电压型逆变桥电路可靠性高，适用于大功率场合。如图1所示，第一三相电压型逆变桥5的三个桥臂分别由可控器件V11和可控器件V14、可控器件V13和可控器件V16、可控器件V15和可控器件V12串联而成。可控器件V11、可控器件V14、可控器件V13、可控器件V16、可控器件V15和可控器件V12上分别反串联有二极管D11、二极管D14、二极管D13、二极管D16、二极管D15和二极管D12。第二三相电压型逆变桥6的三个桥臂分别由可控器件V21和可控器件V24、可控器件V23和可控器件V26、可控器件V25和可控器件V22串联而成。可控器件V21、可控器件V24、可控器件V23、可控器件V26、可控器件V25和可控器件V22上分别反串联有二极管D21、二极管D24、二极管D23、二极管D26、二极管D25和二极管D22。图1中，i a1、i b1、i c1为流入基于感应滤波技术的隔离变压器第一组原边绕组的三相电流，i a2、i b2、i c2为流入基于感应滤波技术的隔离变压器第二组原边绕组的三相电流，i as、i bs、i cs为流出基于感应滤波技术的隔离变压器第三组原边绕组的三相电流，i a、i b、i c为流入三相工频电源的三相电流，u a，u b，u c，为三相电源电压。
作为一种实施方式，第一光伏阵列1和第二光伏阵列2形状大小相同，容量相同，可以根据太阳辐照度的变化来提供不同程度上的直流电能。第一光伏阵列1和第二光伏阵列2为将太阳辐射转换成直流电的光伏发电电池通过并联和串联形成的分组。
下面结合图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8说明本实施方式，本发明的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器的两组三相电压型逆变桥的电路工作模态如下：
当ωt∈(0o-60o)时，电路工作模态如图3所示；
当ωt∈(60o-120o)时，电路工作模态如图4所示；
当ωt∈(120o-180o)时，电路工作模态如图5所示；
当ωt∈(180o-240o)时，电路工作模态如图6所示；
当ωt∈(240o-300o)时，电路工作模态如图7所示；
当ωt∈(300o-360o)时，电路工作模态如图8所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
Claims (5)
1.一种三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，包括第一光伏阵列、第二光伏阵列、第一直流侧稳压电容、第二直流侧稳压电容、第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥、基于感应滤波技术的新型隔离式变压器，第一直流侧稳压电容与第一光伏阵列以及第一三相电压型逆变桥的直流侧相连，第二直流侧稳压电容与第二光伏阵列以及第二三相电压型逆变桥的直流侧相连，第一三相电压型逆变桥的交流侧和第二三相电压型逆变桥的交流侧分别与基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的第一组和第二组原边绕组相连，基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的副边绕组外接三相工频交流电网。
2.如权利要求1所述的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述基于感应滤波技术的新型隔离式变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上设有三个原边绕组和一个副边绕组；各绕组相互独立，各绕组匝比为N1:N2:N3:N4=1k 1:1.73k 1:1.73k 2:1，其中，N1、N2、N3、N4分别为基于感应滤波技术的隔离变压器第一组原边绕组匝数、第二原边组绕组匝数、第三组原边绕组匝数、副边绕组匝数，k 1为隔离式变压器的原副边绕组匝数比，k 2为感应滤波绕组与副边绕组匝数比；基于感应滤波技术的新型隔离式变压器的第一组三个原边绕组星形联结，第二组三个原边绕组三角形联结，第三组三个原边绕组三角形联结，三个副边绕组构成星形联结，第三组原边绕组每相与一组串联的滤波电容和滤波电感相连，三组串联的滤波电容和滤波电感星形联结，构成感应滤波装置。
3.如权利要求1所述的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，所述第一直流侧稳压电容和第二直流侧稳压电容均由两个大小相同的大电容组成。
4.如权利要求1所述的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥都由三个桥臂进行并联而成，每个桥臂由两个可控器件进行串联，每个可控器件上设有反并联的不可控器件，并且第一三相电压型逆变桥、第二三相电压型逆变桥输出的三相电压具有30o的相位差。
5.如权利要求1所述的三相多重工频隔离型光伏并网逆变器，其特征在于，第一光伏阵列和第二光伏阵列形状大小相同，容量相同。
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