CN115001302B - 一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，属于光伏逆变器领域。它包括输入端、中间支撑端和尾部端，输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An‑1、第二中间支撑端B1～Bn‑1和第三中间支撑端C1～Cn‑1，尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，第一输入端A0与A相输出线相连，第二输入端B0与B相输出线相连，第三输入端C0与C相输出线相连，第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An‑1和第一尾部端An依次相连，第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn‑1和第二尾部端Bn依次相连，第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn‑1和第三尾部端Cn依次相连。它主要用于光伏逆变器。

Description

一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构

技术领域

本发明属于光伏逆变器领域，特别是涉及一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构。

背景技术

为了解决能源短缺的现状，实现绿色能源的发展目标，减少大气污染，实现能源发展的可持续性，世界各国已经开始大力开发以光伏、风能为代表的新能源发电系统。光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一，具有电力可扩展，安装简单，维护量少和模块化等优点。美洲、日本和德国较早的光伏产业发展一直走在世界前列，而中国的光伏产业近年来发展迅速，太阳能资源由于其取之不尽，用之不竭的特点已经被世界各国所开发利用。从光伏资源分布的普遍性、环境保护的发展、光伏技术的可靠性来看，光伏发电比其它可再生能源更具有优越性，而且各国对光伏产业的利好政策也将推动光伏发电在未来迅速发展。

我国光伏应用市场稳步增长，装机量、发电量均不断提高，但是光伏发电量占全国总发电量比仅为3.5％。目前，光伏已全面进入平价上网时代，不断降本增效是光伏发展的必然要求，而提高光伏电站系统电压则是一个可行路径。现有光伏逆变设备，直流输入电压等级在1500V以内，交流输出电压等级在800V以内，通过工频升压变压器接入电网。

受制于组件耐压等级，目前光伏系统电压等级难以进一步提升，不利于系统的提效降本。使用电气隔离型逆变器可以实现光伏系统光伏组串侧和电流汇集侧电压的解耦，在不提升光伏组件耐压等级的前提下在电流汇集侧实现3000V及以上传输。逆变器输出测可以通过直接级联升压(柔性升压)至35kV及以上电压等级，替代工频变压器。使用这些技术可提升逆变器工作电压，降低电流，减小损耗，减小线缆投入；此外相同容量电站所需并网点更少，从而减少变压器数量和中高压线缆用量，可进一步降低系统成本。

目前隔离型光伏逆变器一般采用三级的级联多电平结构，其电路拓扑如图1所示，第一级非隔离型DC/DC变换器实现对光伏组串最大功率跟踪，第二级DC/DC变换器实现光伏逆变器的电气隔离与直流电压变换，第三级的DC/AC逆变器实现逆变器电压并网运行，各级结构功能简单，隔离型光伏逆变器具有较好的发电量和发电质量。

但是，尽管隔离型光伏逆变器具有着非常美好的前景，但在实际的工程中还存在着诸多问题。目前相对突出的问题或需求在于：

1)传统光伏逆变器成本问题。传统H桥级联型多电平逆变器，由若干个全桥模块串联而成，能实现更高电压和更高功率的输出，在中高压变频系统、输电系统等领域有广泛的应用前景，级联多电平逆变输出具有谐波含量低、开关损耗小、容易级联等诸多优点。但也存在一些问题。其中一个最大的缺点就是需要数量巨大的电力电子开关器件，并且每个开关器件都需要一个与之相关的门极驱动电路和保护电路，导致整个系统非常昂贵和复杂。因此，级联多电平逆变器在输出相同电平数电压时，减少所用开关器件的数目有利于拓扑结构的简洁高效。

2)中压直挂式光伏变流装置自适应控制。受到制造技术的限制，电压等级、功率等级要求越高，电力电子器件开关频率反而越低。为适应高压大功率场合，通常将开关管进行串并联，但这样会引发的开关管的均压等问题。若直接采用传统的两电平逆变器，则需要对逆变器进行串并联，但如何实现开关器件的同时触发、保证各逆变器所承担电流的平衡成为棘手的问题。因此探求更适合高压大功率领域应用的逆变器结构成为目前中高压光伏并网逆变器领域的主要研究内容。模块化多电平换流器通过将多个子模块进行串联，实现电压和功率的拓展，在诸多高压大功率逆变器拓扑中脱颖而出。但由于模块化多电平逆变器自身存在的均压、环流、故障容错等问题，使其控制复杂，应用并不广泛。

3)柔性升压光伏系统容错控制问题。对于H桥单元级联数较多的系统，开关管数量成倍增长，每一个开关管都是潜在的故障点，失效率相对较高，因此整个系统发生开关管故障的概率也相应提高。若某H桥单元的开关管出现短路故障，当其互补管导通时便会形成直流侧电容经桥臂直通现象，电容电压快速释放，此时会在桥臂激起较大电流，严重时会烧坏管子或线路，进而导致系统崩溃；若某H桥单元的开关管出现开路故障，则会使该单元的输出能力减弱，故障所在相的输出电平数降低，并网电流对称性被破坏，故障程度较大时甚至会导致逆变器停机。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，它包括输入端、中间支撑端和尾部端，所述输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，所述中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1和第三中间支撑端C1～Cn-1，所述尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，所述第一输入端A0与A相输出线相连，所述第二输入端B0与B相输出线相连，所述第三输入端C0与C相输出线相连，所述第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An依次相连，所述第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn依次相连，所述第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn依次相连，所述输入端的电路结构拓扑采用级联三相半桥逆变电路，所述中间支撑端和尾部端的电路采用X拓扑结构型式或Y拓扑结构型式。

更进一步的，所述级联三相半桥逆变电路包括三个光伏组串、三个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6c和续流二极管D1a～D6c，三个光伏组串分别与三个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6a、Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成三个三相半桥电路，三个三相半桥电路分别与三个DC/DC变换电路相连，三个三相半桥电路相互级联，级联三相半桥逆变电路产生三个输出端，输出端上设置有滤波电路。

更进一步的，所述第一输入端A0中的A01与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，A02与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，A03与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应；所述第二输入端B0中的B01与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，B02与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，B03与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应；所述第三输入端C0中的C01与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，C02与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，C03与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应。

更进一步的，所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1b～Q6c和续流二极管D1b～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路1并产生四个输出端，所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An中An1对应三相级联电路1中的输出端1，An2对应三相级联电路1中的输出端4，An3对应三相级联电路1中的输出端2，An4对应三相级联电路1中的输出端3。

更进一步的，所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6a、全控型器件Q1c～Q6c、续流二极管D1a～D6a和续流二极管D1c～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路2并产生四个输出端，所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn中Bn1对应三相级联电路2中的输出端4，Bn2对应三相级联电路2中的输出端2，Bn3对应三相级联电路2中的输出端3，Bn4对应三相级联电路2中的输出端1。

更进一步的，所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6b和续流二极管D1a～D6b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1b～Q6b和D1b～D6b分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路3并产生四个输出端，所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn中Cn1对应三相级联电路3中的输出端3，Cn2对应三相级联电路3中的输出端4，Cn3对应三相级联电路3中的输出端1，Cn4对应三相级联电路3中的输出端2。

更进一步的，所述中间支撑端和尾部端采用的Y拓扑结构型式电路包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q4b和续流二极管D1a～D4b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q4a和D1a～D4b及Q1b～Q4b和D1b～D4b分别组成两个单相全桥电路，两个单相全桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个单相全桥电路相互独立并形成四个输出端。

更进一步的，所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn中的An1、Bn1、Cn1对应Y拓扑结构型式电路的输出端1，An2、Bn2、Cn2对应Y拓扑结构型式电路的输出端2，An3、Bn3、Cn3对应Y拓扑结构型式电路的输出端3，An4、Bn4、Cn4对应Y拓扑结构型式电路的输出端4。

更进一步的，所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，同一行采用的拓扑结构相同。

更进一步的，所述输入端、中间支撑端和尾部端采用的电路基本单元形式为多电平电路形式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种宽输入和高压交流输出的低成本高可靠光伏逆变器拓扑结构，可以在现有的功率器件电压等级的限制条件之下，通过多电平和级联的方式提高光伏逆变器的直流输入和交流输出的电压等级，减小相同功率下的输入和输出电流，降低电路和线缆上的功率损耗，甚至可以取消并网的工频变压器直接并网，消除工频变压器的损耗，提高整套光伏系统的整体发电效率；消除了工频变压器，减少了在工频变压器中投入的成本；并且由于通过提高电压减低了直流传输电流、交流输出电流，可以减少电站线缆的截面积和光伏电站中开关设备的电流等级，减少了光伏电站在开关设备和传输线缆上的成本。因此，本发明可以有效的降低光伏电站能量变换过程中的功率损耗，提高光伏电站的运行效率，减小了光伏电站的前期建设投入成本。并且本发明采用三相级联方式可以直接实现光伏逆变器三相之间的发电功率的自适应平衡，消除了逆变器三相输出之间由于光伏组串功率不平衡造成的环流，提高光伏逆变器的运行的可靠性，并易于实现容错切换。

在相同输入输出功率下，本发明可以通过多电平和级联的方式提高光伏逆变器的直流输入和交流输出的电压等级，降低光伏逆变系统的输入电流和输出电流等级，一方面减少了电路和线缆上的功率损耗，提高了光伏逆变系统的运行效率，另外一方面也降低了光伏电站线缆的截面积需求和光伏电站中开关设备的电流等级需求，从而减少了光伏电站在传输线缆和开关设备上的成本。本发明可以有效的降低光伏电站的前期建设投入成本成本，并提高光伏电站的运行效率，降低光伏电站的发电成本，提高光伏电站的收益率。

并且本发明可采用X结构拓扑电路型式和Y结构拓扑电路型式构成电路的级联模块，其中由X拓扑型式电路构成的级联模块具有三相功率自适应平衡的能力，通过采用合适的PWM调制方式可以使得在光伏组件发电功率不平衡的情况下，三相输出功率自适应平衡，消除了逆变器三相输出之间由于光伏组串功率不平衡造成的环流，降低了三相光伏逆变器的控制难度，提高了三相光伏逆变器在光伏组串发电功率不平衡下运行的可靠性。并且由于本方案采用模块级联的方式工作，各模块之间具有互换性，若某个模块(除输入端模块外)发生故障，可以通过将该模块切除，由于本发明的光伏逆变器具有三相功率自平衡的能力，则其余模块组成的光伏逆变器仍能够正常工作，提高了光伏逆变器的可靠性。本发明提出的光伏逆变器拓扑结构简单，可靠性高，有效的降低光伏电站的故障率和维修成本，减少光伏电站的维修成本，提高光伏电站的收益率。

附图说明

图1为本发明所述的现有传统隔离型光伏逆变器的三级电路拓扑示意图；

图2为本发明所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构示意图；

图3为本发明所述的级联三相半桥逆变电路结构示意图；

图4为本发明所述的级联三相半桥逆变电路简化结构示意图；

图5为本发明所述的第一中间支撑端和第一尾部端X拓扑结构型式结构示意图；

图6为本发明所述的第一中间支撑端和第一尾部端X拓扑结构型式简化结构示意图；

图7为本发明所述的第二中间支撑端和第二尾部端X拓扑结构型式结构示意图；

图8为本发明所述的第二中间支撑端和第二尾部端X拓扑结构型式简化结构示意图；

图9为本发明所述的第三中间支撑端和第三尾部端X拓扑结构型式结构示意图；

图10为本发明所述的第三中间支撑端和第三尾部端X拓扑结构型式简化结构示意图；

图11为本发明所述的中间支撑端和尾部端采用的Y拓扑结构型式电路结构示意图；

图12为本发明所述的中间支撑端和尾部端采用的Y拓扑结构型式电路简化结构示意图；

图13为本发明所述的DC/DC变换电路输出电压示意图；

图14为本发明所述的实施例光伏逆变器拓扑结构示意图；

图15为本发明所述的实施例输入端电路拓扑结构示意图；

图16为本发明所述的实施例中间支撑端和尾部端电路拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图2-13说明本实施方式，一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，它包括输入端、中间支撑端和尾部端，所述输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，所述中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1和第三中间支撑端C1～Cn-1，所述尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，所述第一输入端A0与A相输出线相连，所述第二输入端B0与B相输出线相连，所述第三输入端C0与C相输出线相连，所述第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An依次相连，所述第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn依次相连，所述第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn依次相连，所述输入端的电路结构拓扑采用级联三相半桥逆变电路，所述中间支撑端和尾部端的电路采用X拓扑结构型式或Y拓扑结构型式。

从图2中可以看出，本实施例光伏逆变器拓扑结构是一种可扩展的级联光伏逆变器结构，从结构上看，其包括输入端的A0、B0、C0，中间支撑端的A1～An-1，B1～Bn-1，C1～Cn-1，和尾部端的An、Bn、Cn，其中输入端的A0，B0和C0的电路结构拓扑采用的是级联三相半桥逆变电路。

级联三相半桥逆变电路结构如图3所示。所述级联三相半桥逆变电路包括三个光伏组串、三个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6c和续流二极管D1a～D6c，三个光伏组串分别与三个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6a、Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成三个三相半桥电路，三个三相半桥电路分别与三个DC/DC变换电路相连，三个三相半桥电路相互级联，级联三相半桥逆变电路产生三个输出端，输出端上设置有滤波电路。三个光伏组串即图中光伏1-3，DC/DC变换电路为隔离型DC/DC变换电路全控型器件可以是IGBT或MOSFET等，滤波电路为图中La、Lb和Lc，也可以替换成其他形式的滤波电路。其简化示意图如图4所示，所述第一输入端A0中的A01与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，A02与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，A03与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应；所述第二输入端B0中的B01与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，B02与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，B03与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应；所述第三输入端C0中的C01与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，C02与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，C03与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应。在A0，B0和C0模块中每一个输出端的能量均由3个光伏组串共同提供，因此在选择合适的PWM调制方式下，A0，B0和C0模块的三个输出端之间可以实现三相输出能量的自适应平衡，降低了光伏组串发电能量不平衡条件下光伏逆变器的控制难度，提高了光伏逆变器运行的可靠性。

中间支撑端的A1～An-1，B1～Bn-1，C1～Cn-1和尾部端的An、Bn、Cn的电路结构有两种形式可以选择，分别是X拓扑结构型式和Y拓扑结构型式。这两种拓扑结构中，X拓扑结构更有利于三相之间的功率平衡，Y拓扑结构相比于X拓扑结构电路形式更简单。

如图5所示，所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1b～Q6c和续流二极管D1b～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路1并产生四个输出端，其简化示意图如图6所示，所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An中An1对应三相级联电路1中的输出端1，An2对应三相级联电路1中的输出端4，An3对应三相级联电路1中的输出端2，An4对应三相级联电路1中的输出端3。

如图7所示，所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6a、全控型器件Q1c～Q6c、续流二极管D1a～D6a和续流二极管D1c～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路2并产生四个输出端，其简化示意图如图8所示，所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn中Bn1对应三相级联电路2中的输出端4，Bn2对应三相级联电路2中的输出端2，Bn3对应三相级联电路2中的输出端3，Bn4对应三相级联电路2中的输出端1。

如图9所示，所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6b和续流二极管D1a～D6b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1b～Q6b和D1b～D6b分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路3并产生四个输出端，其简化示意图如图10所示，所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn中Cn1对应三相级联电路3中的输出端3，Cn2对应三相级联电路3中的输出端4，Cn3对应三相级联电路3中的输出端1，Cn4对应三相级联电路3中的输出端2。

如图11所示，所述中间支撑端和尾部端采用的Y拓扑结构型式电路包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q4b和续流二极管D1a～D4b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q4a和D1a～D4b及Q1b～Q4b和D1b～D4b分别组成两个单相全桥电路，两个单相全桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个单相全桥电路相互独立并形成四个输出端。其简化示意图如图12所示，所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn中的An1、Bn1、Cn1对应Y拓扑结构型式电路的输出端1，An2、Bn2、Cn2对应Y拓扑结构型式电路的输出端2，An3、Bn3、Cn3对应Y拓扑结构型式电路的输出端3，An4、Bn4、Cn4对应Y拓扑结构型式电路的输出端4。

如图2所示，所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，同一行采用的拓扑结构相同，即如果Ak选择X结构的电路拓扑，则Bk和Ck也必须选择X结构的电路拓扑，如果Ak选择Y结构的电路拓扑，则Bk和Ck也必须选择Y结构的电路拓扑，k＝1～n。

对于中间支撑端的A1～An-1，B1～Bn-1，C1～Cn-1模块和尾部端的An、Bn、Cn模块采用X拓扑结构型式和Y拓扑结构型式的差别在于：Y拓扑结构使用的功率器件更少，但是不具备三相功率自适应平衡的功能，X拓扑结构使用的功率器件更多，但是若Ak、Bk和Ck模块都采用X拓扑结构，则k级电路具有三相功率自适应平衡功能，并且A1～An，B1～Bn，C1～Cn模块中使用的X拓扑结构的数量越多，光伏逆变器的输出三相功率自适应平衡功率更强。

如图13所示，当第k组模块中的隔离型DC/DC变换器输出电压为Udck时，则n+1组模块(A0～An，B0～Bn，C0～Cn)级联的光伏逆变器的最大输出交流电压的有效值可以表示为：

在本实施例中，Ak、Bk和Ck模块(k＝0～n)模块中采用的电路基本单元的形式为两电平三相半桥电路(如X拓扑结构)和两电平单相全桥电路(如Y拓扑结构)，但是并不限定为两电平电路形式，也可以是三电平、五电平、七电平等多电平电路形式，从而可以在不改变级联级数和所使用功率器件耐压等级的条件下，进一步提高光伏逆变器的输入电压等级和输出电压等级。

参见图14-16说明本实施例，使用目前市场上比较常见的1200V电压等级的功率器件的条件下，采用本实施例的电路拓扑方案可以通过调节级联模块的数量实现任意三相电压的输出，甚至可以实现35kV，110kV等电压等级的直接并网。例如，在采用1200V电压等级的功率器件下，通过62级模块的级联，可以实现光伏逆变器输出电压达到35kV，可以消除输出端的工频变压器，实现光伏逆变器与35kV电网的直接并网。此时，光伏逆变器的电路结构图如图14所示，A0，B0和C0模块的电路拓扑结构如图15所示，光伏组件的输出电压通过DC/DC变换器调整至800V左右的直流母线电压，而后通过三相半桥逆变电路将直流电压逆变成50Hz的工频交流电压。A1～A62，B1～B62，C1～C62模块的拓扑结构示意图如图16所示，在A1～A62，B1～B62，C1～C62模块中，同样将光伏组串的输出电压通过DC/DC变换器调整至800V左右的直流母线电压。在本实施实例中，将A1～A62，B1～B62，C1～C62模块采用的是Y型拓扑结构，在实施过程中，可以将任意一组或几组的模块的电路结构改为X型拓扑结构。在逆变器拓扑结构中，采用越多的X型拓扑结构，光伏逆变器的三相输出端的功率自适应平衡能力越强。

在本实施例中，由于采用的是两电平的电路拓扑，因此DC/DC变换器将光伏组串的输出电压转换至800V左右的直流母线电压，若采用三电平、五电平甚至更多电平的电路拓扑结构，可以进一步提高光伏逆变器中的直流母线电压的等级。

以上对本发明所提供的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：它包括输入端、中间支撑端和尾部端，所述输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，所述中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1和第三中间支撑端C1～Cn-1，所述尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，所述第一输入端A0与A相输出线相连，所述第二输入端B0与B相输出线相连，所述第三输入端C0与C相输出线相连，所述第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An依次相连，所述第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn依次相连，所述第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn依次相连，所述输入端的电路结构拓扑采用级联三相半桥逆变电路，所述中间支撑端和尾部端的电路采用X拓扑结构型式或Y拓扑结构型式；

所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1b～Q6c和续流二极管D1b～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路1并产生四个输出端，所述第一中间支撑端A1～An-1和第一尾部端An中An1对应三相级联电路1中的输出端1，An2对应三相级联电路1中的输出端4，An3对应三相级联电路1中的输出端2，An4对应三相级联电路1中的输出端3；

所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6a、全控型器件Q1c～Q6c、续流二极管D1a～D6a和续流二极管D1c～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路2并产生四个输出端，所述第二中间支撑端B1～Bn-1和第二尾部端Bn中Bn1对应三相级联电路2中的输出端4，Bn2对应三相级联电路2中的输出端2，Bn3对应三相级联电路2中的输出端3，Bn4对应三相级联电路2中的输出端1；

所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6b和续流二极管D1a～D6b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6b及Q1b～Q6b和D1b～D6b分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路3并产生四个输出端，所述第三中间支撑端C1～Cn-1和第三尾部端Cn中Cn1对应三相级联电路3中的输出端3，Cn2对应三相级联电路3中的输出端4，Cn3对应三相级联电路3中的输出端1，Cn4对应三相级联电路3中的输出端2。

2.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述级联三相半桥逆变电路包括三个光伏组串、三个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6c和续流二极管D1a～D6c，三个光伏组串分别与三个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6a、Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成三个三相半桥电路，三个三相半桥电路分别与三个DC/DC变换电路相连，三个三相半桥电路相互级联，级联三相半桥逆变电路产生三个输出端，输出端上设置有滤波电路。

3.根据权利要求2所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第一输入端A0中的A01与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，A02与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，A03与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应；所述第二输入端B0中的B01与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，B02与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，B03与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应；所述第三输入端C0中的C01与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，C02与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，C03与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应。

4.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述中间支撑端和尾部端采用的Y拓扑结构型式电路包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q4b和续流二极管D1a～D4b，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q4a和D1a～D4b及Q1b～Q4b和D1b～D4b分别组成两个单相全桥电路，两个单相全桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个单相全桥电路相互独立并形成四个输出端。

5.根据权利要求4所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn中的An1、Bn1、Cn1对应Y拓扑结构型式电路的输出端1，An2、Bn2、Cn2对应Y拓扑结构型式电路的输出端2，An3、Bn3、Cn3对应Y拓扑结构型式电路的输出端3，An4、Bn4、Cn4对应Y拓扑结构型式电路的输出端4。

6.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第一中间支撑端A1～An-1、第二中间支撑端B1～Bn-1、第三中间支撑端C1～Cn-1、第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，同一行采用的拓扑结构相同。

7.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述输入端、中间支撑端和尾部端采用的电路基本单元形式为多电平电路形式。