CN203457066U - T型三电平光伏并网逆变器 - Google Patents

T型三电平光伏并网逆变器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种T型三电平光伏并网逆变器，包括：产生直流电流的光伏电池组件、直流/交流转换电路、电抗器、变压器和滤波电容，所述电抗器的副铁芯和所述变压器的主铁芯通过原边绕组线圈绕包在一起，所述原边绕组线圈的输入端和所述直流/交流转换电路的交流侧连接；所述变压器的主铁芯上还绕包有副边绕组线圈，所述副边绕组线圈的输出端和所述滤波电容连接；所述光伏电池组件、所述直流/交流转换电路、所述电抗器、所述变压器和所述滤波电容依次连接。本实用新型的电容滤波采样的逆变电压值为所需的接入电网的逆变相电压值；将电抗器的副铁芯和变压器的主铁芯绕包在一起共用线圈，使逆变器体积小、重量轻、成本低。

Description

T型三电平光伏并网逆变器
技术领域
本实用新型涉及光伏并网逆变器领域，具体地说，涉及一种T型三电平光伏并网逆变器。 
背景技术
三电平光伏并网逆变器通过增加输出电平数来提高等效开关频率，因此可以以较低的开关频率来实现较好的谐波电流输出。三电平光伏并网逆变器主要分为I型三电平光伏并网逆变器和T型三电平光伏并网逆变器。 
目前，T型三电平光伏并网逆变器的结构是电抗器和变压器分开连接，在电抗器和变压器之间接有滤波电容。这种设计使得在滤波电容上采样来的逆变电压并不是经过变压器变压后接入电网的逆变电压值，需要通过软件进行变换才是所需的逆变电压值；并且现有技术的设计使得该逆变器的体积和重量大，并且成本高，维护起来非常困难。 
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有的T型三电平光伏并网逆变器的结构是电抗器和变压器分开连接，在电抗器和变压器之间接有滤波电容，这种设计使得在滤波电容上采样来的逆变电压不是所需的逆变电压；并且该设计使得该逆变器的体积和重量大，成本高，维护起来非常困难。 
本实用新型的技术方案如下： 
一种T型三电平光伏并网逆变器，包括：产生直流电流的光伏电池组件、直流/交流转换电路、电抗器、变压器和滤波电容，所述电抗器的副铁芯和所述变压器的主铁芯通过原边绕组线圈绕包在一起，所述原边绕组线圈的输入端和所述直流/交流转换电路的交流侧连接；所述变压器的主铁芯上绕包有副 边绕组线圈，所述副边绕组线圈的输出端和所述滤波电容连接；所述光伏电池组件、所述直流/交流转换电路、所述电抗器、所述变压器和所述滤波电容依次连接。 
进一步：所述主铁芯和所述副铁芯平行；所述原边绕组线圈三角形连接，所述副边绕组线圈星型连接。 
进一步，所述直流/交流转换电路包括：第一电容、第二电容、A相电路、B相电路和C相电路。 
进一步：所述第一电容的正极连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点；所述第二电容，所述第二电容的正极连接所述第一电容的负极，所述第二电容的负极连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点；所述第一电容和所述第二电容的中间设置有接地点。 
进一步：所述A相电路包括：第一A相开关管，所述第一A相开关管的集电极连接所述第一电容的正极；第二A相开关管，所述第二A相开关管的集电极连接所述第一A相开关管的发射极，所述第二A相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所述第一A相开关管和所述第二A相开关管之间设置有A相节点；第三A相开关管，所述第三A相开关管的发射极连接所述接地点；第四A相开关管，所述第四A相开关管的集电极连接所述第三A相开关管的集电极，所述第四A相开关管的发射极连接所述A相节点；所述B相电路包括：第一B相开关管，所述第一B相开关管的集电极连接所述第一电容的正极；第二B相开关管，所述第二B相开关管的集电极连接所述第一B相开关管的发射极，所述第二B相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所述第一B相开关管和所述第二B相开关管之间设置有B相节点；第三B相开关管，所述第三B相开关管的发射极连接所述接地点；第四B相开关管，所述第四B相开关管的集电极连接所述第三B相开关管的集电极，所述第四B相开关管的发射极连接所述B相节点；所述C相电路包括：第一C相开关管，所述第一C相开关管的集电极连接所述第一电容的正极；第二C相开关管，所述第二C相开关管的集电极连接所述第一C相开关管的发射极，所述第二C相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所述第一C相开关管和所述第二C相开关管之间设置有C相节点；第三C相开关管，所述第三 C相开关管的发射极连接所述接地点；第四C相开关管，所述第四C相开关管的集电极连接所述第三C相开关管的集电极，所述第四C相开关管的发射极连接所述C相节点。 
进一步：所述第一A相开关管、所述第二A相开关管、所述第三A相开关管、所述第四A相开关管、所述第一B相开关管、所述第二B相开关管、所述第三B相开关管、所述第四B相开关管、所述第一C相开关管、所述第二C相开关管、所述第三C相开关管和所述第四C相开关管均为IGBT开关管。 
进一步：所述原边绕组线圈包括：A相原边绕组线圈，所述A相原边绕组线圈的输入端连接所述A相节点；B相原边绕组线圈，所述B相原边绕组线圈的输入端连接所述B相节点；C相原边绕组线圈，所述C相原边绕组线圈的输入端连接所述C相节点。 
进一步：所述滤波电容包括A相滤波电容、B相滤波电容、C相滤波电容，用于交流滤波以及对逆变相电压采样。 
进一步：所述副边绕组线圈包括：A相副边绕组线圈，所述A相副边绕组线圈的输出端经过所述A相滤波电容接入电网；B相副边绕组线圈，所述B相副边绕组线圈的输出端经过所述B相滤波电容接入电网；C相副边绕组线圈，所述C相副边绕组线圈的输出端经过所述C相滤波电容接入电网。 
进一步，还包括预充电电路，所述预充电电路包括：第一接触器，所述第一接触器的一端连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点；第一预充电电阻，所述第一预充电电阻的一端连接所述第一接触器的另一端，所述第一预充电电阻的另一端连接所述第一电容的正极；第二接触器，所述第二接触器的一端连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点；第二预充电电阻，所述第二预充电电阻的一端连接所述第二接触器的另一端，所述第二预充电电阻的另一端连接所述第二电容的负极；直流断路器，所述直流断路器用于控制所述光伏电池组件和所述直流/交流转换电路之间的通断；所述直流断路器的第一开关的一端连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点，所述第一开关的另一端连接所述第一电容的正极；所述直流断路器的第二开关的一端连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点，所述第二开关的另一端连接所述 第二电容的负极。 
本实用新型的技术效果如下： 
1、本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器的电容滤波采样的逆变电压值为所需的接入电网的逆变电压值，不再需要软件进行变换。 
2、本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器将电抗器的副铁芯和变压器的主铁芯绕包在一起，可以减少铁芯和线包的浪费，使逆变器体积小、重量轻、成本低，同时降低了整体损耗，使逆变器结构设计更加合理、维护简便。 
附图说明
图1为本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器的实施例1的电路结构示意图； 
图2为本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器的实施例2的电路结构示意图。 
具体实施方式
实施例1 
如图1所示，为本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器的实施例1的电路结构示意图。 
该T型三电平光伏并网逆变器的实施例1的电路结构包括产生直流电流的光伏电池组件、直流/交流转换电路、电抗器L、变压器T和滤波电容。光伏电池组件、直流/交流转换电路、电抗器L、变压器T和滤波电容依次连接。光伏电池组件用于将太阳能转化为直流电，其加载电压为Upv，电流为Idc。直流/交流转换电路将该直流电转化为交流电。电抗器L用于滤波。变压器T用于变压，使该交流电可直接接入电网。滤波电容用于用于滤波以及对接入电网的逆变电压采样。该滤波电容为交流滤波电容。电抗器L的副铁芯和变压器T的主铁芯通过原边绕组线圈绕包在一起。原边绕组线圈的输入端和直流/交流转换电路的交流侧连接。变压器T的主铁芯上绕包有副边绕组线圈。 副边绕组线圈的输出端和滤波电容连接。 
上述设计，将电抗器L和变压器T做成一体，电抗器L的副铁芯起到滤波的作用，变压器T的主铁心起到变压的作用，电压先经过电抗器L的副铁芯滤波，再经过变压器T的主铁心变压。由于电抗器L和变压器T做成一体，滤波电容没办法在电抗器L和变压器T之间再做抽头接线，于是滤波电容就接在了变压器T后面，因此，滤波电容测得的是变压后输入电网的逆变电压，该逆变电压不需要软件进行变换。如果在在电抗器L和变压器T之间可以增加一个抽头，则该滤波电容可以测未经变压器T变压的电压。 
优选的，主铁芯和副铁芯平行。主铁芯和副铁芯为厚度相同的硅钢片。该硅钢片为超薄的硅钢片。在开关频率较低的情况下，硅钢片厚度<0.27mm。本实施例中，由于开关频率设计较高（>9kHz），因此硅钢片为超薄的硅钢片，厚度<0.23mm。根据实际设计需求，变压器T的连接方式为dyn11，三相四线制，原边绕组线圈三角形连接，输入的是经过电抗器L的铁芯滤波后的正弦波，副边绕组线圈星型连接，输出的是有一定变比变换的正弦波。 
该T型三电平光伏并网逆变器的直流/交流转换电路包括第一电容Cdc1、第二电容Cdc2、A相电路、B相电路和C相电路。 
第一电容Cdc1的正极连接光伏电池组件的输出端的正极节点。第二电容Cdc2的正极连接第一电容Cdc1的负极。第二电容Cdc2的负极连接光伏电池组件的输出端的负极节点。第一电容Cdc1和第二电容Cdc2的中间设置有接地点N。 
A相电路包括：第一A相开关管Sa1、第二A相开关管Sa2、第三A相开关管Sa3和第四A相开关管Sa4。第一A相开关管Sa1的集电极连接第一电容Cdc1的正极。第二A相开关管Sa2的集电极连接第一A相开关管Sa1的发射极。第二A相开关管Sa2的发射极连接第二电容Cdc2的负极。第一A相开关管Sa1和第二A相开关管Sa2之间设置有A相节点A。第三A相开关管Sa3的发射极连接接地点N。第四A相开关管Sa4的集电极连接第三A相开关管Sa3的集电极。第四A相开关管Sa4的发射极连接A相节点A。第一A相开关管Sa1、第二A相开关管Sa2、第三A相开关管Sa3和第四A相开关管Sa4均为IGBT开关管。 
B相电路包括：第一B相开关管Sb1、第二B相开关管Sb2、第三B相开关管Sb3和第四B相开关管Sb4。第一B相开关管Sb1的集电极连接第一电容Cdc1的正极。第二B相开关管Sb2的集电极连接第一B相开关管Sb1的发射极。第二B相开关管Sb2的发射极连接第二电容Cdc2的负极。第一B相开关管Sb1和第二B相开关管Sb2之间设置有B相节点B。第三B相开关管Sb3的发射极连接接地点N。第四B相开关管Sb4的集电极连接第三B相开关管Sb3的集电极。第四B相开关管Sb4的发射极连接B相节点B。第一B相开关管Sb1、第二B相开关管Sb2、第三B相开关管Sb3和第四B相开关管Sb4均为IGBT开关管。 
C相电路包括：第一C相开关管Sc1、第二C相开关管Sc2、第三C相开关管Sc3和第四C相开关管Sc4。第一C相开关管Sc1的集电极连接第一电容Cdc1的正极。第二C相开关管Sc2的集电极连接第一C相开关管Sc1的发射极。第二C相开关管Sc2的发射极连接第二电容Cdc2的负极。第一C相开关管Sc1和第二C相开关管Sc2之间设置有C相节点C。第三C相开关管Sc3的发射极连接接地点N。第四C相开关管Sc4的集电极连接第三C相开关管Sc3的集电极。第四C相开关管Sc4的发射极连接C相节点C。第一C相开关管Sc1、第二C相开关管Sc2、第三C相开关管Sc3和第四C相开关管Sc4均为IGBT开关管。 
该直流/交流转换电路可以将光伏电池组件的交流电压在+Upv、0和-Upv之间变换。以A相电路为例，当第一A相开关管Sa1闭合，第二A相开关管Sa2断开时，直流/交流转换电路将光伏电池组件的A相交流电压变换为+Upv；当第二A相开关管Sa2闭合，第一A相开关管Sa1断开时，直流/交流转换电路将光伏电池组件的A相交流电压变换为-Upv；当第三A相开关管Sa3闭合、第四A相开关管Sa4断开，或第三A相开关管Sa3断开、第四A相开关管Sa4闭合时，直流/交流转换电路将光伏电池组件的A相交流电压变换为0。 
该T型三电平光伏并网逆变器的原边绕组线圈包括：A相原边绕组线圈、B相原边绕组线圈和C相原边绕组线圈。A相原边绕组线圈的输入端连接A相节点A。B相原边绕组线圈的输入端连接B相节点B。C相原边绕组线圈的输入端连接C相节点C。 
该T型三电平光伏并网逆变器的滤波电容器包括A相滤波电容器Ca、B相滤波电容器Cb、C相滤波电容器Cc，用于滤波以及对逆变相电压采样。 
变压器T的副边绕组线圈包括：A相副边绕组线圈、B相副边绕组线圈和C相副边绕组线圈。A相副边绕组线圈的输出端经过A相滤波电容器Ca接入电网。B相副边绕组线圈的输出端经过B相滤波电容器Cb接入电网。C相副边绕组线圈的输出端经过C相滤波电容器Cc接入电网。 
转向电路的三相输入电流iA、iB和iC先经电抗器L滤波，再经过变压器和滤波电容，输出电流ia、ib和ib接入电网。A相滤波电容器Ca、B相滤波电容器Cb、C相滤波电容器Cc测得的电压为接入电网的电压。 
实施例2 
如图2所示，为本实用新型的T型三电平光伏并网逆变器的实施例2的电路结构示意图。 
该T型三电平光伏并网逆变器的实施例2的电路结构在实施例1的基础上增加了预充电电路，用于抑制上电时的冲击电流。 
该预充电电路包括第一接触器KM1、第一预充电电阻R1、第二接触器KM2、第二预充电电阻R2和直流断路器QF。直流断路器QF用于控制光伏电池组件和直流/交流转换电路之间的通断。 
其中，第一接触器KM1的一端连接光伏电池组件的输出端的正极节点。第一预充电电阻R1的一端连接第一接触器KM1的另一端，第一预充电电阻R1的另一端连接第一电容Cdc1的正极。第二接触器KM2的一端连接光伏电池组件的输出端的负极节点。第二预充电电阻R2的一端连接第二接触器KM2的另一端，第二预充电电阻R2的另一端连接第二电容Cdc2的负极。直流断路器的第一开关SQF1的一端连接光伏电池组件的输出端的正极节点，第一开关SQF1的另一端连接第一电容Cdc1的正极。直流断路器的第二开关SQF2的一端连接光伏电池组件的输出端的负极节点，第二开关SQF2的另一端连接第二电容Cdc2的负极。 
当交流侧电路连通时，电网的冲击电流有可能会造成电路损坏。接通预充电电路，可以抑制上电时的冲击电流，并使电池组件的直流电压与逆变器 的直流电压相同再连接，保护电路。 

Claims (10)

1.一种T型三电平光伏并网逆变器，包括：产生直流电流的光伏电池组件、直流/交流转换电路、电抗器、变压器和滤波电容，其特征在于： 
所述电抗器的副铁芯和所述变压器的主铁芯通过原边绕组线圈绕包在一起，所述原边绕组线圈的输入端和所述直流/交流转换电路的交流侧连接； 
所述变压器的主铁芯上绕包有副边绕组线圈，所述副边绕组线圈的输出端和所述滤波电容连接； 
所述光伏电池组件、所述直流/交流转换电路、所述电抗器、所述变压器和所述滤波电容依次连接。 
2.如权利要求1所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述主铁芯和所述副铁芯平行；所述原边绕组线圈三角形连接，所述副边绕组线圈星型连接。 
3.如权利要求1所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于，所述直流/交流转换电路包括：第一电容、第二电容、A相电路、B相电路和C相电路。 
4.如权利要求3所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述第一电容的正极连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点；所述第二电容，所述第二电容的正极连接所述第一电容的负极，所述第二电容的负极连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点；所述第一电容和所述第二电容的中间设置有接地点。 
5.如权利要求4所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于： 
所述A相电路包括： 
第一A相开关管，所述第一A相开关管的集电极连接所述第一电容的正极； 
第二A相开关管，所述第二A相开关管的集电极连接所述第一A相开关管的发射极，所述第二A相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所 述第一A相开关管和所述第二A相开关管之间设置有A相节点； 
第三A相开关管，所述第三A相开关管的发射极连接所述接地点； 
第四A相开关管，所述第四A相开关管的集电极连接所述第三A相开关管的集电极，所述第四A相开关管的发射极连接所述A相节点； 
所述B相电路包括： 
第一B相开关管，所述第一B相开关管的集电极连接所述第一电容的正极； 
第二B相开关管，所述第二B相开关管的集电极连接所述第一B相开关管的发射极，所述第二B相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所述第一B相开关管和所述第二B相开关管之间设置有B相节点； 
第三B相开关管，所述第三B相开关管的发射极连接所述接地点； 
第四B相开关管，所述第四B相开关管的集电极连接所述第三B相开关管的集电极，所述第四B相开关管的发射极连接所述B相节点； 
所述C相电路包括： 
第一C相开关管，所述第一C相开关管的集电极连接所述第一电容的正极； 
第二C相开关管，所述第二C相开关管的集电极连接所述第一C相开关管的发射极，所述第二C相开关管的发射极连接所述第二电容的负极，所述第一C相开关管和所述第二C相开关管之间设置有C相节点； 
第三C相开关管，所述第三C相开关管的发射极连接所述接地点； 
第四C相开关管，所述第四C相开关管的集电极连接所述第三C相开关管的集电极，所述第四C相开关管的发射极连接所述C相节点。 
6.如权利要求5所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述第一A相开关管、所述第二A相开关管、所述第三A相开关管、所述第四A相开关管、所述第一B相开关管、所述第二B相开关管、所述第三B相开关管、所述第四B相开关管、所述第一C相开关管、所述第二C相开关管、所述第三C相开关管和所述第四C相开关管均为IGBT开关管。 
7.如权利要求6所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述原边绕组线圈包括： 
A相原边绕组线圈，所述A相原边绕组线圈的输入端连接所述A相节点； 
B相原边绕组线圈，所述B相原边绕组线圈的输入端连接所述B相节点； 
C相原边绕组线圈，所述C相原边绕组线圈的输入端连接所述C相节点。 
8.如权利要求1所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述滤波电容包括A相滤波电容、B相滤波电容、C相滤波电容，用于交流滤波以及对逆变相电压采样。 
9.如权利要求8所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于：所述副边绕组线圈包括： 
A相副边绕组线圈，所述A相副边绕组线圈的输出端经过所述A相滤波电容接入电网； 
B相副边绕组线圈，所述B相副边绕组线圈的输出端经过所述B相滤波电容接入电网； 
C相副边绕组线圈，所述C相副边绕组线圈的输出端经过所述C相滤波电容接入电网。 
10.如权利要求3所述的T型三电平光伏并网逆变器，其特征在于，还包括预充电电路，所述预充电电路包括： 
第一接触器，所述第一接触器的一端连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点； 
第一预充电电阻，所述第一预充电电阻的一端连接所述第一接触器的另一端，所述第一预充电电阻的另一端连接所述第一电容的正极； 
第二接触器，所述第二接触器的一端连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点； 
第二预充电电阻，所述第二预充电电阻的一端连接所述第二接触器的另一端，所述第二预充电电阻的另一端连接所述第二电容的负极； 
直流断路器，所述直流断路器用于控制所述光伏电池组件和所述直流/ 交流转换电路之间的通断； 
所述直流断路器的第一开关的一端连接所述光伏电池组件的输出端的正极节点，所述第一开关的另一端连接所述第一电容的正极；所述直流断路器的第二开关的一端连接所述光伏电池组件的输出端的负极节点，所述第二开关的另一端连接所述第二电容的负极。 
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