CN204928734U

CN204928734U - 一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置

Info

Publication number: CN204928734U
Application number: CN201520550856.6U
Authority: CN
Inventors: 张庆海; 刘安华; 李洪博; 王新涛; 刘英倩; 蔡军; 孔鹏; 鲍景宽; 张涛; 张斌; 张蕊; 石星昊; 王和先; 张伟; 董铁孝
Original assignee: Liaocheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: Liaocheng Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-07-26
Filing date: 2015-07-26
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2025-07-26

Abstract

本实用新型公开了一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置，包括光伏阵列、Boost升压电路、双向大升压比Boost直流变换器型逆变器、负载。Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪；双向大升压比Boost直流变换器型逆变器由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的双向功率流大升压比直流变换器以差动电路构成，负载跨接在两个直流变换器的输出端。本实用新型将双向大升压比Boost直流变换器型逆变器应用于光伏发电系统中，只需较小的占空比就可以获得大的升压比，输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大。

Description

一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置，属于新能源发电与智能电网领域。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境污染的加剧，太阳能等可再生能源作为替代能源已经得到广泛应用。太阳能经由发电装置转化为电能，再通过电力电子装置进行电能变换使之符合相关标准；变换后的电能可直接提供给负载，也可并入主干电网。逆变器就是完成能量变换所需的最常用的电力电子装置。

Boost型变换器由于具有升压性质、储能电感位于输入侧、输入电流脉动小、对电源产生的电磁干扰小、负载短路时可靠性高、输出容量大等优点，因而可以克服Buck型变换器只能降压、输入电流脉动大、对电源产生的电磁干扰大、负载短路时可靠性低等缺陷以及Buck-Boost型变换器输入电流脉动大、对电源产生的电磁干扰大、输出容量小等缺陷，在要求升压、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大的电能变换场合具有重要的地位和应用价值。显然，Boost型变换器的占空比越大，其升压比也越大。然而，当Boost型变换器的占空比大于0.88时，由于变换器存在内阻，将会使得变换器的电压传输比降低，变换器的工作将变得很不稳定，工程实现也变得很困难。鉴于上述原因，具有大升压比的Boost型逆变器将是逆变技术中新颖的重要研究内容。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：在现有技术的基础上，发明了一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置，只需较小的占空比就可以获得大的升压比，在需要大升压比、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大的光伏发电场合具有重要的应用价值。

本实用新型的技术方案为：一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置，包括光伏阵列、Boost升压电路、双向大升压比Boost直流变换器型逆变器、负载，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，为负载供电；Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，双向大升压比Boost直流变换器型逆变器由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的双向功率流大升压比直流变换器以差动电路构成，负载跨接在两个直流变换器的输出端；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VD₀、直流侧储能电容C_d；双向大升压比Boost直流变换器型逆变器包括抽头储能电感L₁和L₂、逆变开关器件S₁₁及其反并联二极管VD₁₁、逆变开关器件S₂₁及其反并联二极管VD₂₁、整流开关器件S₁₂及其反并联二极管VD₁₂、整流开关器件S₂₂及其反并联二极管VD₂₂、电容C₁和C₂；抽头储能电感L₁的抽头将其分为L₁₁和L₁₂两部分，抽头同时作为L₁₁部分的输出端和L₁₂部分的输入端；抽头储能电感L₂的抽头将其分为L₂₁和L₂₂两部分，抽头同时作为L₂₁部分的输出端和L₂₂部分的输入端；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VD₀的阳极相连，Boost升压电路二极管VD₀的阴极与直流侧储能电容C_d的一端、抽头储能电感L₁的L₁₁部分输入端、抽头储能电感L₂的L₂₁部分输入端相连，抽头储能电感L₁的抽头与逆变开关器件S₁₁的集电极、反并联二极管VD₁₁的阴极相连，抽头储能电感L₂的抽头与逆变开关器件S₂₁的集电极、反并联二极管VD₂₁的阴极相连，抽头储能电感L₁的L₁₂部分输出端与整流开关器件S₁₂的发射极、反并联二极管VD₁₂的阳极相连，抽头储能电感L₂的L₂₂部分输出端与整流开关器件S₂₂的发射极、反并联二极管VD₂₂的阳极相连，整流开关器件S₁₂的集电极与反并联二极管VD₁₂的阴极、电容C₁的一端相连，整流开关器件S₂₂的集电极与反并联二极管VD₂₂的阴极、电容C₂的一端相连，电容C₂的另一端与逆变开关器件S₂₁的发射极、反并联二极管VD₂₁的阳极、逆变开关器件S₁₁的发射极、反并联二极管VD₁₁的阳极、电容C₁的另一端、直流侧储能电容C_d的另一端、Boost升压电路开关器件S₀的发射极、光伏阵列输出负极相连；负载跨接在整流开关器件S₁₂的集电极与整流开关器件S₂₂的集电极之间。

本实用新型的有益效果：将双向大升压比Boost直流变换器型逆变器应用于光伏发电系统中，只需较小的占空比就可以获得大的升压比，输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型等效电路图。

图3为容性负载时本实用新型在一个低频输出电压周期内的稳态原理波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步阐述，但不限于此。

图1所示为采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置结构示意图，包括光伏阵列、Boost升压电路、双向大升压比Boost直流变换器型逆变器、负载，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，为负载供电；Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，双向大升压比Boost直流变换器型逆变器由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的双向功率流大升压比直流变换器以差动电路构成，负载跨接在两个直流变换器的输出端；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VD₀、直流侧储能电容C_d；双向大升压比Boost直流变换器型逆变器包括抽头储能电感L₁和L₂、逆变开关器件S₁₁及其反并联二极管VD₁₁、逆变开关器件S₂₁及其反并联二极管VD₂₁、整流开关器件S₁₂及其反并联二极管VD₁₂、整流开关器件S₂₂及其反并联二极管VD₂₂、电容C₁和C₂；抽头储能电感L₁的抽头将其分为L₁₁和L₁₂两部分，抽头同时作为L₁₁部分的输出端和L₁₂部分的输入端；抽头储能电感L₂的抽头将其分为L₂₁和L₂₂两部分，抽头同时作为L₂₁部分的输出端和L₂₂部分的输入端；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VD₀的阳极相连，Boost升压电路二极管VD₀的阴极与直流侧储能电容C_d的一端、抽头储能电感L₁的L₁₁部分输入端、抽头储能电感L₂的L₂₁部分输入端相连，抽头储能电感L₁的抽头与逆变开关器件S₁₁的集电极、反并联二极管VD₁₁的阴极相连，抽头储能电感L₂的抽头与逆变开关器件S₂₁的集电极、反并联二极管VD₂₁的阴极相连，抽头储能电感L₁的L₁₂部分输出端与整流开关器件S₁₂的发射极、反并联二极管VD₁₂的阳极相连，抽头储能电感L₂的L₂₂部分输出端与整流开关器件S₂₂的发射极、反并联二极管VD₂₂的阳极相连，整流开关器件S₁₂的集电极与反并联二极管VD₁₂的阴极、电容C₁的一端相连，整流开关器件S₂₂的集电极与反并联二极管VD₂₂的阴极、电容C₂的一端相连，电容C₂的另一端与逆变开关器件S₂₁的发射极、反并联二极管VD₂₁的阳极、逆变开关器件S₁₁的发射极、反并联二极管VD₁₁的阳极、电容C₁的另一端、直流侧储能电容C_d的另一端、Boost升压电路开关器件S₀的发射极、光伏阵列输出负极相连；负载跨接在整流开关器件S₁₂的集电极与整流开关器件S₂₂的集电极之间。

Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪。将双向大升压比Boost直流变换器型逆变器应用于光伏发电系统中，只需较小的占空比就可以获得大的升压比，在需要大升压比、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大的光伏发电场合具有重要的应用价值。

为简化分析，做如下假设：1、器件均为理想工作状态；2、光伏阵列、Boost升压电路等效为一直流电压源U_i。

在上述假设基础上，可得图2所示本实用新型的等效电路图，图中，i_i为一直流电压源U_i输出电流，i_L1为流入抽头储能电感L₁的L₁₁部分的电流，i_L2为流入抽头储能电感L₂的L₂₁部分的电流，u_o1、u_o2分别为电容C₁、C₂两端电压，u_o为负载电压。当电源向负载传递功率时，逆变开关器件S₁₁、S₂₁将输入直流电压U_i逆变成叠加有高频分量的低频交流电流i_L1、i_L2，经整流开关器件S₁₂、S₂₂和电容滤波后将其变成优质的低频正弦脉动直流电压u_o1和u_o2，反方向的电流i_L1、i_L2使得输入直流电流i_i较平滑；当负载向电源回馈能量时，整流开关器件S₁₂、S₂₂工作在逆变状态，而逆变开关器件S₁₁、S₂₁工作在整流状态。

限于篇幅，仅分析容性负载情形，一个低频输出电压周期内的稳态原理波形可分为6个工作区间。图3所示为容性负载时本实用新型在一个低频输出电压周期内的稳态原理波形图。

t₀～t₁区间：u_o＜0，i_o＞0，i_L1＞0，i_L2＜0，变换器1正向传递能量，工作在Boost状态，变换器2反向回馈能量，工作在Buck状态；正向传递的能量小于反向传递的能量，其差值为输出交流负载回馈到输入直流电源U_i的能量，逆变器工作在模式B。

t₁～t₂区间：u_o＞0、i_o＞0、i_L1＞0、i_L2＜0，变换器1正向传递能量，工作在Boost状态；而变换器2反向回馈能量，工作在Buck状态；正向传递的能量大于反向传递的能量，其差值为输入直流电源U_i提供给输出交流负载的能量，逆变器工作在模式A。

t₂～t₃区间：u_o＞0，i_o＞0，i_L1＜0，i_L2＞0，变换器1反向回馈能量，工作在Buck状态；变换器2正向传递能量，工作在Boost状态；正向传递的能量大于反向传递的能量，其差值为输入直流电源U_i提供给输出交流负载的能量，逆变器工作在模式D。

t₃～t₄区间：u_o＞0，i_o＜0，i_L1＜0，i_L2＞0，变换器1反向回馈能量，工作在Buck状态，变换器2正向传递能量，工作在Boost状态；正向传递的能量小于反向传递的能量，其差值为输出交流负载回馈到输入直流电源U_i的能量，逆变器工作在模式C。

t₄～t₅区间：u_o＜0，i_o＜0，i_L1＜0，i_L2＞0，变换器1反向回馈能量，工作在Buck状态，变换器2正向传递能量，工作在Boost状态；正向传递的能量大于反向传递的能量，其差值为输入直流电源U_i提供给输出交流负载的能量，逆变器工作在模式D。

t₅～t₆区间：u_o＜0，i_o＜0，i_L1＞0，i_L2＜0，变换器1正向传递能量，工作在Boost状态，变换器2反向回馈能量，工作在Buck状态；正向传递的能量大于反向传递的能量，其差值为输出交流负载回馈到输入直流电源U_i的能量，逆变器工作在模式A。

本实用新型在容性负载时一个低频输出电压周期的工作模式顺序为B—A—D—C—D—A。同样分析可知，本实用新型在感性、阻性负载时一个低频输出电压周期的工作模式顺序分别为C—B—A—B—C—D和A—D。

本实用新型在一个高频开关周期内的工作模式，就是双向大升压比直流变换器在一个高频开关周期内的工作模式。每个双向带抽头储能电感Boost直流变换器在一个高频开关周期内储能电感只存在电流连续模式，而不可能出现临界电流连续模式和电流断续模式，但可能存在三种不同储能电感电流模式，即储能电感电流大于零、过零和小于零。在一个高频开关周期内，当电感电流i_L1大于零时，能量由直流电源U_i流向输出负载，相当于单向Boost变换器；当电感电流小于零时，能量由输出负载回馈到输入电源U_i，相当于单向Buck变换器；当电感电流i_L1过零时，相当于单向Boost变换器与单向Buck变换器的组合。

Claims

1.一种采用大升压比Boost直流变换器的光伏发电装置，其特征在于，包括光伏阵列、Boost升压电路、双向大升压比Boost直流变换器型逆变器、负载，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，为负载供电；Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪，双向大升压比Boost直流变换器型逆变器由两个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的双向功率流大升压比直流变换器以差动电路构成，负载跨接在两个直流变换器的输出端；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VD₀、直流侧储能电容C_d；双向大升压比Boost直流变换器型逆变器包括抽头储能电感L₁和L₂、逆变开关器件S₁₁及其反并联二极管VD₁₁、逆变开关器件S₂₁及其反并联二极管VD₂₁、整流开关器件S₁₂及其反并联二极管VD₁₂、整流开关器件S₂₂及其反并联二极管VD₂₂、电容C₁和C₂；抽头储能电感L₁的抽头将其分为L₁₁和L₁₂两部分，抽头同时作为L₁₁部分的输出端和L₁₂部分的输入端；抽头储能电感L₂的抽头将其分为L₂₁和L₂₂两部分，抽头同时作为L₂₁部分的输出端和L₂₂部分的输入端；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VD₀的阳极相连，Boost升压电路二极管VD₀的阴极与直流侧储能电容C_d的一端、抽头储能电感L₁的L₁₁部分输入端、抽头储能电感L₂的L₂₁部分输入端相连，抽头储能电感L₁的抽头与逆变开关器件S₁₁的集电极、反并联二极管VD₁₁的阴极相连，抽头储能电感L₂的抽头与逆变开关器件S₂₁的集电极、反并联二极管VD₂₁的阴极相连，抽头储能电感L₁的L₁₂部分输出端与整流开关器件S₁₂的发射极、反并联二极管VD₁₂的阳极相连，抽头储能电感L₂的L₂₂部分输出端与整流开关器件S₂₂的发射极、反并联二极管VD₂₂的阳极相连，整流开关器件S₁₂的集电极与反并联二极管VD₁₂的阴极、电容C₁的一端相连，整流开关器件S₂₂的集电极与反并联二极管VD₂₂的阴极、电容C₂的一端相连，电容C₂的另一端与逆变开关器件S₂₁的发射极、反并联二极管VD₂₁的阳极、逆变开关器件S₁₁的发射极、反并联二极管VD₁₁的阳极、电容C₁的另一端、直流侧储能电容C_d的另一端、Boost升压电路开关器件S₀的发射极、光伏阵列输出负极相连；负载跨接在整流开关器件S₁₂的集电极与整流开关器件S₂₂的集电极之间。