CN204696956U - 基于增强型z源网络的光伏逆变器 - Google Patents
基于增强型z源网络的光伏逆变器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及基于增强型Z源网络的光伏逆变器，包括Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电。Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，增强型Z源网络在PWM逆变桥开关器件开关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链。本实用新型升压增益大，能够应用于低压输入光伏电源场合；在相同输入条件下，输出同样电压时仅需较小的直通占空比，因此可以维持较高调制因子，从而减小开关器件的电压应力，提高光伏发电输出电能质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于增强型Z源网络的光伏逆变器，属于电力电子变换与智能电网领域。
背景技术
太阳能的利用是缓解全球能源紧缺与环境污染问题的重要途径，光伏发电就是近年来研究的热点之一。采用目前成熟的电力电子变流技术可将太阳能转换成电能，进而实现电压变换与功率控制。
彭方正教授于2003年提出Z源逆变器，该逆变器具有以下优点：1、利用X型LC网络能够单级实现升降压；2、不需要死区时间，能够消除传统逆变器死区时间带来的输出噪声；3、同桥臂直通成为常态，增加了逆变器的抗干扰能力，在分布式发电领域应用前景广阔。近年来国内外学者致力于从不同方面研究Z源逆变器。在光伏发电应用中，尽管可以通过增加发电单元来提高输入电源等级，但是有些场合受成本、环境等因素的影响限制输入电源的增加，因此需要逆变器具有高升压能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型公开了基于增强型Z源网络的光伏逆变器，Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，增强型Z源网络在PWM逆变桥开关器件开关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链。
本实用新型的技术方案为：基于增强型Z源网络的光伏逆变器，包括Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容C0、Boost升压电感L0、Boost升压电路开关器件S0、Boost升压电路二极管D0、直流侧储能电容CD；增强型Z源网络由4个电感L1～L4，2个电容C1、C2以及7个二极管D1～D6、DS构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S1~S6以及它们各自的反并联二极管Di1~Di6组成；光伏阵列与光伏侧储能电容C0并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感L0相连，Boost升压电感L0另一端与Boost升压电路开关器件S0的集电极、Boost升压电路二极管D0的阳极相连，Boost升压电路二极管D0的阴极与直流侧储能电容CD的一端、电感L1的一端、二极管D1的阳极、电容C1的一端相连，直流侧储能电容CD的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S0的发射极、开关器件S2的发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件S4的发射极、反并联二极管Di4的阳极、开关器件S6的发射极、反并联二极管Di6的阳极相连，电感L1的另一端与二极管D2的阳极、二极管D3的阳极相连，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电感L3的一端相连，电感L3的另一端与二极管D3的阴极、二极管DS的阳极、电容C2的一端相连，电容C1的另一端与二极管DS的阴极、电感L2的一端、二极管D4的阳极相连，电感L2的另一端与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D5的阴极、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与二极管D6的阴极、电容C2的另一端、开关器件S1的集电极、反并联二极管Di1的阴极、开关器件S3的集电极、反并联二极管Di3的阴极、开关器件S5的集电极、反并联二极管Di5的阴极相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管Di1的阳极、开关器件S2的集电极、反并联二极管Di2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管Di3的阳极、开关器件S4的集电极、反并联二极管Di4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管Di5的阳极、开关器件S6的集电极、反并联二极管Di6的阴极相连；由开关器件S2的集电极、开关器件S4的集电极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相负载。
本实用新型的有益效果是：1、在相同的直通占空比下，增强型Z源网络的升压增益大，能够应用于低压输入光伏电源场合；2、在相同输入条件下，输出同样电压时仅需较小的直通占空比，因此可以维持较高调制因子，从而减小开关器件的电压应力，提高光伏发电输出电能质量；3、增强型Z 源网络电容电压应力小，可以减小电容体积，节省成本。
附图说明
图1为本实用新型拓扑结构示意图。
图2为PWM逆变桥处于直通工作状态时，本实用新型的等效电路图。
图3为PWM逆变桥处于非直通工作状态时，本实用新型的等效电路图。
具体实施方式
图1所示为基于增强型Z源网络的光伏逆变器拓扑结构示意图，包括Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容C0、Boost升压电感L0、Boost升压电路开关器件S0、Boost升压电路二极管D0、直流侧储能电容CD；增强型Z源网络由4个电感L1～L4，2个电容C1、C2以及7个二极管D1～D6、DS构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S1~S6以及它们各自的反并联二极管Di1~Di6组成；光伏阵列与光伏侧储能电容C0并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感L0相连，Boost升压电感L0另一端与Boost升压电路开关器件S0的集电极、Boost升压电路二极管D0的阳极相连，Boost升压电路二极管D0的阴极与直流侧储能电容CD的一端、电感L1的一端、二极管D1的阳极、电容C1的一端相连，直流侧储能电容CD的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S0的发射极、开关器件S2的发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件S4的发射极、反并联二极管Di4的阳极、开关器件S6的发射极、反并联二极管Di6的阳极相连，电感L1的另一端与二极管D2的阳极、二极管D3的阳极相连，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电感L3的一端相连，电感L3的另一端与二极管D3的阴极、二极管DS的阳极、电容C2的一端相连，电容C1的另一端与二极管DS的阴极、电感L2的一端、二极管D4的阳极相连，电感L2的另一端与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D5的阴极、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与二极管D6的阴极、电容C2的另一端、开关器件S1的集电极、反并联二极管Di1的阴极、开关器件S3的集电极、反并联二极管Di3的阴极、开关器件S5的集电极、反并联二极管Di5的阴极相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管Di1的阳极、开关器件S2的集电极、反并联二极管Di2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管Di3的阳极、开关器件S4的集电极、反并联二极管Di4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管Di5的阳极、开关器件S6的集电极、反并联二极管Di6的阴极相连；由开关器件S2的集电极、开关器件S4的集电极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相负载。
Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪。增强型Z源网络在PWM逆变桥开关器件开关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链，有直通和非直通两种工作状态，分别叙述如下。
为简化分析，首先做如下假设：1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列和Boost升压电路等效为一直流电源Uin。
1、直通状态：当PWM逆变桥处于直通零电压状态时，可等效为短路状态，等效电路如图2所示。此时，二极管DS断开，二极管D1和D3导通，D2断开。电感L1、L3并联，由C2和直流电源共同充电；二极管D2和D6导通，D5断开，电感L2、L4并联，由C1和直流电源共同充电。考虑Z 源网络中4 个电感和2 个电容取值相等，有：
（Ⅰ）。
忽略二极管导通压降，由图2可以得到：
（Ⅱ）
式中，UC为式（Ⅰ）中uC的有效值。
2、非直通状态：该状态包括6个有效状态和2个零矢量状态，等效电路如图3所示。该状态下PWM逆变桥可以用零值电流源iPN代替，DS导通，二极管D2导通，D1和D3断开，电感L1、L2串联，向电容C1和三相负载供电；二极管D5导通， D4和D6断开，电感L3、L4串联向电容C2和三相负载供电。
由图3可得：
（Ⅲ）
式中，UPN为直流链电压，即PWM逆变桥输入电压。
Claims (1)
1.基于增强型Z源网络的光伏逆变器，其特征在于，包括Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥，光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次连接，将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电；Boost升压电路包括光伏侧储能电容C0、Boost升压电感L0、Boost升压电路开关器件S0、Boost升压电路二极管D0、直流侧储能电容CD；增强型Z源网络由4个电感L1～L4，2个电容C1、C2以及7个二极管D1～D6、DS构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，由六个开关器件S1~S6以及它们各自的反并联二极管Di1~Di6组成；光伏阵列与光伏侧储能电容C0并联连接，光伏阵列输出正极与Boost升压电感L0相连，Boost升压电感L0另一端与Boost升压电路开关器件S0的集电极、Boost升压电路二极管D0的阳极相连，Boost升压电路二极管D0的阴极与直流侧储能电容CD的一端、电感L1的一端、二极管D1的阳极、电容C1的一端相连，直流侧储能电容CD的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S0的发射极、开关器件S2的发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件S4的发射极、反并联二极管Di4的阳极、开关器件S6的发射极、反并联二极管Di6的阳极相连，电感L1的另一端与二极管D2的阳极、二极管D3的阳极相连，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极、电感L3的一端相连，电感L3的另一端与二极管D3的阴极、二极管DS的阳极、电容C2的一端相连，电容C1的另一端与二极管DS的阴极、电感L2的一端、二极管D4的阳极相连，电感L2的另一端与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极相连，二极管D4的阴极与二极管D5的阴极、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与二极管D6的阴极、电容C2的另一端、开关器件S1的集电极、反并联二极管Di1的阴极、开关器件S3的集电极、反并联二极管Di3的阴极、开关器件S5的集电极、反并联二极管Di5的阴极相连，开关器件S1的发射极与反并联二极管Di1的阳极、开关器件S2的集电极、反并联二极管Di2的阴极相连，开关器件S3的发射极与反并联二极管Di3的阳极、开关器件S4的集电极、反并联二极管Di4的阴极相连，开关器件S5的发射极与反并联二极管Di5的阳极、开关器件S6的集电极、反并联二极管Di6的阴极相连；由开关器件S2的集电极、开关器件S4的集电极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端，并接至三相负载。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109995262A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 北京天诚同创电气有限公司 | 逆变器、逆变器的控制方法及装置 |
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