CN203675000U

CN203675000U - 一种光伏并网微逆变器

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Publication number: CN203675000U
Application number: CN201320789086.1U
Authority: CN
Inventors: 时斌; 杨露露; 王旭; 杨林; 王海潜; 谢珍建; 祁万春
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2023-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种光伏并网微逆变器，包括反激变换电路，逆变电路，输出滤波电路。该反激变换电路的第一个优点是可对每个微型逆变器进行单独控制，分别确定并联微型逆变器并网电流。反激变换电路的另一个优点是提出了一种新型的功率解耦电路，以消除出现在直流输入母线上的低频功率脉动，并实现采用薄膜电容代替原有技术中直流输入母线侧的电解电容。薄膜电容使得逆变器的寿命延长，稳定性提高，并有利于实现最大功率点跟踪（MPPT）。系统所采用的解耦电路还可抑制变压器漏感对电路的影响，因此电路中可不附加漏感吸收电路，从而实现功率级紧凑，工作效率高，体积小的光伏并网微逆变器。

Description

一种光伏并网微逆变器

技术领域

本实用新型属于微逆变器及其控制领域，涉及一种太阳能光伏并网微型逆变器，特别涉及一种具有功率解耦功能的光伏并网微型逆变器。

背景技术

太阳能具有储量的“无限性”、存在普遍性、开发利用清洁性及逐渐显露的经济性等优势，它的开发利用是最终解决常规能源，特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。

在光伏并网发电系统中，光伏并网逆变器是连接光伏模块与电网的桥梁，它不仅要实时控制光伏模块的输出以保证系统工作在最大功率点，同时还要向电网提供高品质的入网电流，因此光伏并网逆变器的结构将直接影响系统光电转换的效率及其他设备的容量选择与合理配置。

在光伏并网发电系统中，光伏组件在每一光照和稳定条件下都会产生特定的功率，而传输到电网的瞬时功率却含有两倍工频的功率脉动。光伏板输出功率与电网输入功率瞬时值不匹配是单相并网逆变器中普遍存在的现象。为解决输入输出功率瞬时值不匹配问题，以往技术通常采用将大容量的电解电容并联在光伏组件两侧，用于平抑逆变器输入电压和平衡逆变器的瞬时输入输出功率，即所谓的功率解耦。然而，电解电容的寿命远远低于光伏组件的使用寿命，从而缩短了逆变器系统的整体寿命，也降低了光伏并网系统的可靠性。

实用新型内容

技术问题：本实用新型的目的是针对背景技术中光伏并网逆变器存在的缺陷，提供了一种通过采用功率解耦技术实现薄膜电容代替电解电容，从而延长微逆变器的寿命，提高光伏并网逆变器运行效率的光伏并网微逆变器。

技术方案：本实用新型的光伏并网微逆变器，包括功率解耦电路、反激变换器、逆变电路和输出滤波电路，功率解耦电路包括解耦开关管、第一解耦二极管、第二解耦二极管和解耦电容，解耦开关管的源极同时与第二解耦二极管的阴极和解耦电容的一端连接，解耦电容的另一端与第一解耦二极管的阳极连接，解耦开关管的漏极与第一解耦二极管的阴极连接，第二解耦二极管的阳极与反激变换器连接。

本实用新型的光伏并网微逆变器中，反激变换器包括反激变压器、原边开关管、第一副边二极管、第二副边二极管；反激变压器的原边绕组的同名端同时与输入二极管的阴极和解耦开关管的漏极连接，反激变压器的原边绕组的非同名端同时与原边开关管的漏极和第二解耦二极管的阳极连接；原边开关管的源极与第一解耦二极管的阳极连接，同时通过解耦电容与第二解耦二极管的阴极连接；反激变压器的第一副边绕组的非同名端与第一副边二极管的阳极连接，反激变压器的第一副边绕组的同名端与第二副边绕组的非同名端连接，同时还与输出滤波电容的一端连接；反激变压器的第二副边绕组的同名端与第二副边二极管的阴极相连接；第一副边二极管的阴极与逆变电路连接，第二副边二极管的阳极与逆变电路连接。

本实用新型的光伏并网微逆变器中，逆变电路的输入端与反激变压器二次侧相连；逆变电路包括第一逆变开关管和第二逆变开关管，第一逆变开关管的漏极与第一副边二极管的阴极相连，第二逆变开关管的源极与第二副边二极管的阳极连接；第一逆变开关管的源极和第二逆变开关管的漏极，均同时与输出滤波电路的输出滤波电容和输出滤波电感相连；逆变电路中的两个开关管由驱动信号控制，以工频为周期交替导通。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型的具有功率解耦功能的微逆变器，结合反激变换器的特点，采用光伏组件输出侧的解耦方式。通过具有功率解耦功能的电路拓扑，采用薄膜电容代替电解电容来实现功率解耦技术，从而提高逆变器使用寿命及稳定性。采用高频变压器来实现电气隔离，并采用高频软开关技术在不增加开关损耗的前提下提高开关频率。

本实用新型采用一种新型的功率解耦电路，以消除出现在直流输入母线上的低频功率脉动，实现光伏阵列输出功率与逆变器输出并网功率的解耦，并实现直流输入母线和功率解电路都采用薄膜电容。由于薄膜电容具有比电解电容器更长的的寿命，使得逆变器的在高温条件下的寿命能够延长，提高了稳定性，有利于实现最大功率点跟踪（MPPT）。同时变压器中的漏感可以由解耦电路本身的处理，实现元件数量少，功率级紧凑，工作效率高，体积小的光伏并网微逆变器。

本实用新型通过对解耦电路的控制，即可实现元件数量少，功率级紧凑，工作效率高，体积小的光伏并网逆变器，反激变压器采用断续电流模式（DCM）对励磁电流进行控制，实现原边开关管零电流开通（ZCS），同时避免第一副边二极管和第二副边二极管的反向恢复损耗；解耦电容作为储能元件以及缓冲电容回收变压器的漏感能量。

附图说明

图1为本实用新型光伏并网微逆变器的电路原理图；

图2为本实用新型的光伏并网微逆变器工作在第一模式下的等效电路图；

图3为本实用新型的光伏并网微逆变器工作在第二模式下的等效电路图。

图中有：功率解耦电路10、反激变换器20、逆变电路30和输出滤波电路40，包括，太阳能光伏阵列V_PV，输入滤波电容C_dc，解耦开关管S₂、第一解耦二极管D₁、第二解耦二极管D₂、解耦电容C_X，输入二极管D₃，反激变压器T、原边开关管S₁、第一副边二极管D₄、第二副边二极管D₅，第一逆变开关管S_ac1，第二逆变开关管S_ac2，输出滤波电容C_f、输出滤波电感L_f；太阳能光伏阵列的输出功率P_dc，并网逆变器的输出功率P_ac，电网电压U_ac，电网电流i_ac，反激变压器T的励磁电流i_L1，副边电流i₂，原边开关管S₁的占空比D_S1、解耦开关管S₂的占空比D_S2、第一逆变开关管S_ac1的占空比D_Sac1、第二逆变开关管S_ac2的占空比D_Sac2。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图来进一步阐述本实用新型。

参照图1，本实用新型的一种具有功率解耦功能的光伏并网微逆变器，它包括一个功率解耦电路10，反激变换器20，逆变电路30，输出滤波电路40；太阳能光伏阵列V_pv通过一并联在太阳能光伏阵列的输出电压上的输入滤波电容C_dc并经过一输入二极管D₃与功率解耦电路10的输入端相连接；反激变压器20的输出端与逆变电路30相连接，逆变电路30与输出滤波电路40相连接；功率解耦电路10的输出端与反激变换器20的原边相连接。

功率解耦电路10包括一个解耦开关管S₂、第一解耦二极管D₁、第二解耦二极管D₂、一个解耦电容C_X；第一解耦二极管D₁的阴极经输入二极管D₃与太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的正极性端以及输入滤波电容C_dc的一端连接；第一解耦二极管D₁的阳极与太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的负极性端以及输入滤波电容C_dc的另一端连接；解耦开关管S₂的漏极经输入二极管D₃与光伏阵列V_PV的输出电压的正极性端和输入滤波电容C_dc连接，解耦开关管S₂的源极同时与第二解耦二极管D₂的阴极和解耦电容C_X的一端连接；解耦电容C_X的另一端与太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的负极性端和输入滤波电容C_dc的另一端连接；第二解耦二极管D₂的阴极与解耦电容C_X的一端相连接；第二解耦二极管D₂的阳极与反激变换器20的原边开关管S₁的漏极相连接。

本实用新型的光伏并网微逆变器中，反激变换器20包括反激变压器T、原边开关管S₁、第一副边二极管D₄、第二副边二极管D₅；反激变压器T的原边绕组的同名端经输入二极管D₃与太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的正极性端和输入滤波电容C_dc的一端连接，原边绕组T的非同名端同时与原边开关管S₁的漏极和第二解耦二极管D₂的阳极连接；原边开关管S₁的源极同时与输入滤波电容C_dc的另一端好太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的负极性端连接；反激变压器T的第一副边绕组的非同名端与第一副边二极管D₄的阳极连接，反激变压器T的第一副边绕组的同名端与输出滤波电容C_f的一端连接；反激变压器T的第二副边绕组的非同名端与输出滤波电容C_f的一端连接，反激变压器T的第二副边绕组的同名端与第二副边二极管D₅的阴极相连接；第一副边二极管D₄的阴极与第一逆变开关管S_ac1的漏极连接；第二副边二极管D₅的阳极与第二逆变开关管S_ac2的源极相连接。

逆变电路30是由两个开关管构成的工频极性转换电路，包括第一逆变开关管S_ac1，第二逆变开关管S_ac2；第一逆变开关管S_ac1的源极和第二逆变开关管S_ac2的漏极，均同时与输出滤波电路40的输出滤波电容C_f和输出滤波电感L_f相连；两个开关管由驱动信号控制，以工频为周期交替驱动。

输出滤波电路40包括输出滤波电容C_f和输出滤波电感L_f；输出滤波电容C_f的一端与滤波电感L_f的一端相连接，并同时与第一逆变开关管S_ac1的源极和第二逆变开关管S_ac2的漏极连接；输出滤波电感L_f的另一端与电网的一端连接；输出滤波电容C_f的另一端与电网U_grid的另一端连接。

本实用新型的光伏并网微逆变器中，解耦电容C_X作为储能元件以及缓冲电容回收变压器的漏感能量；在太阳能光伏阵列V_PV的输出电压的正极性端增加输入二极管D₃以防止解耦电容C_X中的反向电流流入光伏阵列。第一副边二极管D₄和第一逆变开关管S_ac1相串联来实现：（1）阻止任一副边绕组在每半个工频周期中输出功率；（2）输出平均电流调制为正弦波形输入电网。输入滤波电容C_dc、解耦电容C_X及输出滤波电容C_f为非电解电容。

Claims

1.一种光伏并网微逆变器，其特征在于，该逆变器包括依次连接的功率解耦电路（10）、反激变换器（20）、逆变电路（30）和输出滤波电路（40），所述功率解耦电路（10）包括解耦开关管（S₂）、第一解耦二极管（D₁）、第二解耦二极管（D₂）和解耦电容（C_X），所述解耦开关管（S₂）的源极同时与第二解耦二极管（D₂）的阴极和解耦电容（C_X）的一端连接，解耦电容（C_X）的另一端与第一解耦二极管（D₁）的阳极连接，解耦开关管（S₂）的漏极与第一解耦二极管（D₁）的阴极连接，第二解耦二极管（D₂）的阳极与反激变换器（20）连接。

2.根据权利要求1所述的光伏并网微逆变器，其特征在于，所述反激变换器（20）包括反激变压器（T）、原边开关管（S₁）、第一副边二极管（D₄）、第二副边二极管（D₅）；所述反激变压器（T）的原边绕组的同名端同时与输入二极管（D₃）的阴极和解耦开关管（S₂）的漏极连接，反激变压器（T）原边绕组的非同名端同时与原边开关管（S₁）的漏极和第二解耦二极管（D₂）的阳极连接；所述原边开关管（S₁）的源极与第一解耦二极管（D₁）的阳极连接，同时通过所述解耦电容（C_X）与第二解耦二极管（D₂）的阴极连接；所述反激变压器（T）的第一副边绕组的非同名端与所述第一副边二极管（D₄）的阳极连接，所述反激变压器（T）的第一副边绕组的同名端与第二副边绕组的非同名端连接，同时还与输出滤波电容（C_f）的一端连接；所述反激变压器（T）的第二副边绕组的同名端与第二副边二极管（D₅）的阴极相连接；所述第一副边二极管（D₄）的阴极与逆变电路（30）连接，所述第二副边二极管（D₅）的阳极与逆变电路（30）连接。

3.根据权利要求2所述的光伏并网微逆变器，其特征在于，所述逆变电路（30）包括第一逆变开关管（S_ac1）和第二逆变开关管（S_ac2），第一逆变开关管（S_ac1）的漏极与第一副边二极管（D₄）的阴极相连，第二逆变开关管（S_ac2）的源极与第二副边二极管（D₅）的阳极连接；所述第一逆变开关管（S_ac1）的源极和第二逆变开关管（S_ac2）的漏极，均同时与输出滤波电路（40）的输出滤波电容（C_f）和输出滤波电感（L_f）相连；所述第一逆变开关管（S_ac1）和第二逆变开关管（S_ac2）由驱动信号控制，以工频为周期交替导通。