CN204206012U - 一种直流输入光伏逆变器电路 - Google Patents

一种直流输入光伏逆变器电路 Download PDF

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王钧铭
刘媛媛
张汉年
周细文
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Abstract

本实用新型提供了一种直流输入光伏逆变器电路，包括升压控制电路、三相桥式逆变电路以及三相滤波电路，升压控制电路串联在三相桥式逆变电路的直流母线上，三相滤波电路串联在三相桥式逆变电路的三相线路上；升压控制电路包括第一滤波电容C1、电抗器L1、旁路二极管D2、快恢复二极管D1、带有反并联二极管D3的IGBT管S1、第二滤波电容C2、保护电阻R1、阳光传感器和控制器；旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻。该直流输入光伏逆变器电路的转换效率高，且能够有效缓解方阵因PID(电位诱发衰减)而引起的功率衰减，延长了光伏阵列的使用寿命。

Description

一种直流输入光伏逆变器电路
技术领域
本实用新型涉及一种逆变器电路，尤其是一种用于光伏发电系统的逆变器电路，属于电学领域。
背景技术
随着世界能源格局的变更，光伏发电日益成为各国深入研究、大力发展的热点，如何充分利用光伏阵列所转换的能量，提高光伏转换效率，一直是光伏系统研究的重要方向。现在主流的光伏逆变器多采用最大功率点跟踪技术(MPPT)来实现太阳能的充分利用，使光伏阵列始终工作在此时外部环境下的最大功率点，以便最优化利用太阳能。
在某些离网应用或者逆变器输出电压要求较低的情况下，为了追踪光伏阵列最大功率点，一般在直流输入前级增加一个如图1所示的Buck降压斩波电路构成两级拓扑结构，这导致了在光伏阵列输出电压本身就比较低时的电压利用率的严重降低，增加了功率损耗和电磁干扰。由于此Buck电路一直处于工作状态，不但增加了硬件成本，增大半导体的开关及通态损耗，也影响了电站的发电效率，降低了整个光伏系统的可靠性。还有一种新的改进型拓扑如图2所示，当阵列电压较低时封锁Buck电路脉冲，同时合上并联断路器(或接触器)，有效降低了开关损耗，但硬件投入成本加大。在不降低输出交流电压的前提下，两种拓扑均无法提高直流电压利用率。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是现有的光伏发电逆变器电路在不降低输出交流电压的前提下，直流电压的利用率较低。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直流输入光伏逆变器电路，包括升压控制电路、三相桥式逆变电路以及三相滤波电路，升压控制电路串联在三相桥式逆变电路的直流母线上，三相滤波电路串联在三相桥式逆变电路的三相线路上；升压控制电路包括第一滤波电容C1、电抗器L1、旁路二极管D2、快恢复二极管D1、带有反并联二极管D3的IGBT管S1、第二滤波电容C2、保护电阻R1、阳光传感器和控制器；第一滤波电容C1的正负极分别连接在直流母线的正负极线路之间；电抗器L1的一端与第一滤波电容C1的正极以及旁路二极管D2的正极相连，另一端与IGBT管S1的集电极以及快恢复二极管D1的正极相连；快恢复二极管D1的负极与旁路二极管D2的负极相连；IGBT管S1的发射极与直流母线的负极线路相连；第二滤波电容C2和保护电阻R1相并联，且第二滤波电容C2的正极与快恢复二极管D1的负极相连，第二滤波电容C2的负极与IGBT管S1的发射极相连；阳光传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器的信号输出端与IGBT管S1的门极相连；旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻。
采用升压控制电路能够有效拓宽三相桥式逆变电路的直流母线侧的电压输入范围，提高了光伏阵列电压的利用率；在夜间光伏阵列不发电时，可将IGBT管S1导通，能有效缓解因PID(电位诱发衰减)而引发的功率衰减，延长了光伏阵列的使用寿命；在白天光伏阵列发电时，当光伏阵列的电压大于三相桥式逆变器电路的启动电压时，可将IGBT管S1断开，由于旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻，光伏阵列的直流电流通过旁路二极管D2流向三相桥式逆变器电路，能够有效降低了电路损耗，减少了EMI电磁干扰，且工作效率与单级式一样高；采用本实用新型的升压控制电路在工作切换过程中无任何明显断点的器件的开通与关断，不会对后级逆变电路造成不利影响。
作为本实用新型的进一步改进方案，升压控制电路还包括无线收发模块，无线收发模块的输入输出端与控制器的输入输出端相连。采用无线收发模块能够实时将升压控制电路的工作状态上传至控制中心，也可接收控制中心发送的对于IGBT管S1的开关控制命令，提高了远程监控性能。
作为本实用新型的进一步限定方案，三相滤波电路为电容星型联结LC滤波电路、电容角型联结LC滤波电路、电容星型联结LCL滤波电路或电容角型联结LCL滤波电路。
本实用新型的有益效果在于：(1)采用升压控制电路能够有效拓宽三相桥式逆变电路的直流母线侧的电压输入范围，提高了光伏阵列电压的利用率；(2)在夜间光伏阵列不发电时，可将IGBT管S1导通，能有效缓解因PID(电位诱发衰减)而引发的功率衰减，延长了光伏阵列的使用寿命；(3)在白天光伏阵列发电时，当光伏阵列的电压大于三相桥式逆变器电路的启动电压时，可将IGBT管S1断开，由于旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻，光伏阵列的直流电流通过旁路二极管D2流向三相桥式逆变器电路，能够有效降低了电路损耗，减少了EMI电磁干扰，且工作效率与单级式一样高；(4)升压控制电路在工作切换过程中无任何明显断点的器件的开通与关断，不会对后级逆变电路造成不利影响。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构示意图；
图2为本实用新型的电容星型联结LC滤波电路结构示意图；
图3为本实用新型的电容角型联结LC滤波电路结构示意图；
图4为本实用新型的电容星型联结LCL滤波电路结构示意图；
图5为本实用新型的电容角型联结LCL滤波电路结构示意图；
图6为本实用新型的控制电路结构示意图。
具体实施方式
如图1-6所示，本实用新型的直流输入光伏逆变器电路，包括升压控制电路、三相桥式逆变电路以及三相滤波电路，升压控制电路串联在三相桥式逆变电路的直流母线上，三相滤波电路串联在三相桥式逆变电路的三相线路上；升压控制电路包括第一滤波电容C1、电抗器L1、旁路二极管D2、快恢复二极管D1、带有反并联二极管D3的IGBT管S1、第二滤波电容C2、保护电阻R1、阳光传感器和控制器；第一滤波电容C1的正负极分别连接在直流母线的正负极线路之间；电抗器L1的一端与第一滤波电容C1的正极以及旁路二极管D2的正极相连，另一端与IGBT管S1的集电极以及快恢复二极管D1的正极相连；快恢复二极管D1的负极与旁路二极管D2的负极相连；IGBT管S1的发射极与直流母线的负极线路相连；第二滤波电容C2和保护电阻R1相并联，且第二滤波电容C2的正极与快恢复二极管D1的负极相连，第二滤波电容C2的负极与IGBT管S1的发射极相连；阳光传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器的信号输出端与IGBT管S1的门极相连；旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻。
其中，三相滤波电路为电容星型联结LC滤波电路、电容角型联结LC滤波电路、电容星型联结LCL滤波电路或电容角型联结LCL滤波电路。
如图6所示，为了实现远程监控能力，本实用新型的升压控制电路还包括无线收发模块，无线收发模块的输入输出端与控制器的输入输出端相连。
本实用新型的直流输入光伏逆变器电路在工作时，首先由阳光传感器实时采集环境光，当控制器接收到的采集环境光参数高于设定最低阈值时，表明此时光伏阵列的电压高于三相桥式逆变电路的端电压，则控制IGBT管S1断开，此时由于旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻，光伏阵列输出的直流电压通过旁路二极管D2进入三相桥式逆变电路；当控制器接收到的采集环境光参数低于设定最低阈值时，表明此时光伏阵列的电压低于三相桥式逆变电路的端电压，则控制IGBT管S1导通，即将光伏阵列输出端短路，且旁路二极管D2反向封锁，这样可有效缓解方阵因PID(电位诱发衰减)而引起的功率衰减，延长了方阵使用寿命。升压控制电路在工作切换过程中无任何明显断点的器件的开通与关断，不会对后级逆变电路造成不利影响。
本实用新型的光伏阵列的输出电压范围为300V～900V，当输出电压高于600V时，由于采用了升压控制电路，三相桥式逆变电路直流母线侧的直流电压可达到600V～850V，输出的交流电压可以提高到380Vac～400Vac。

Claims (3)

1.一种直流输入光伏逆变器电路，其特征在于：包括升压控制电路、三相桥式逆变电路以及三相滤波电路，所述升压控制电路串联在三相桥式逆变电路的直流母线上，所述三相滤波电路串联在三相桥式逆变电路的三相线路上；所述升压控制电路包括第一滤波电容C1、电抗器L1、旁路二极管D2、快恢复二极管D1、带有反并联二极管D3的IGBT管S1、第二滤波电容C2、保护电阻R1、阳光传感器和控制器；所述第一滤波电容C1的正负极分别连接在直流母线的正负极线路之间；所述电抗器L1的一端与第一滤波电容C1的正极以及旁路二极管D2的正极相连，另一端与IGBT管S1的集电极以及快恢复二极管D1的正极相连；所述快恢复二极管D1的负极与旁路二极管D2的负极相连；所述IGBT管S1的发射极与直流母线的负极线路相连；所述第二滤波电容C2和保护电阻R1相并联，且第二滤波电容C2的正极与快恢复二极管D1的负极相连，第二滤波电容C2的负极与IGBT管S1的发射极相连；所述阳光传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，所述控制器的信号输出端与IGBT管S1的门极相连；所述旁路二极管D2的导通电阻小于快恢复二极管D1的导通电阻。
2.根据权利要求1所述的直流输入光伏逆变器电路，其特征在于：所述升压控制电路还包括无线收发模块，所述无线收发模块的输入输出端与控制器的输入输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的直流输入光伏逆变器电路，其特征在于：所述三相滤波电路为电容星型联结LC滤波电路、电容角型联结LC滤波电路、电容星型联结LCL滤波电路或电容角型联结LCL滤波电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104578875A (zh) * 2014-11-19 2015-04-29 南京信息职业技术学院 一种直流输入光伏逆变器电路

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