CN204948019U - 基于准z源lc网络的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

基于准Z源LC网络的光伏发电系统，包括光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载。本实用新型可获得更高的升压增益，并且实现了输入电流的连续；减小了PWM逆变桥桥臂直通时间和系统直通时产生的导通损耗，提高了光伏发电的效率。同时，在升压比要求高的场合，相同输入输出电压和相同输出功率条件下，本实用新型的输入电感电流和电感电流纹波更小，有利于减小电感的体积，减轻重量，降低成本。

Description

基于准Z源LC网络的光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及基于准Z源LC网络的光伏发电系统，属于新能源发电与智能电网领域。

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。对直流电压较高的负载供电，蓄电池电压一般较低，满足不了其供电需求。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。

Z源逆变器利用桥臂直通状态来实现升压，在单级功率变换中实现传统两级式变换器的功能，系统结构与控制得到了简化。由于直通状态成为其正常工作状态，其桥臂上下管的开关信号之间不需要加入死区时间，因此输出电压畸变小、可靠性高。但是，传统Z源逆变器因其输入电流不连续，升压因子和调制度相互制约，实际升压能力不高的缺点，限制了其在新能源领域的应用；准Z源逆变器在一定程度上提高了传统Z源逆变器的性能，但相对传统Z源逆变器而言，准Z源逆变器的实际升压比并未提高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，发明了基于准Z源LC网络的光伏发电系统，可获得更高的升压增益，并且实现了输入电流的连续，输入电压源与PWM逆变桥侧共地；减小了PWM逆变桥桥臂直通时间和系统直通时产生的导通损耗，提高了光伏发电的效率。同时，在升压比要求高的场合，相同输入输出电压和相同输出功率条件下，本实用新型的输入电感电流和电感电流纹波更小，有利于减小电感的体积，减轻重量，降低成本。

本实用新型的技术方案为：基于准Z源LC网络的光伏发电系统，包括光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载；光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载依次连接，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，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C_dc；准Z源LC网络由电感L₁、L₂、L₃，二极管D₁、D₂、D₃，电容C₁、C₂、C_VL构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，包括六个主开关器件S₁~S₆以及它们各自的反并联二极管D_S1~D_S6，反并联二极管D_S1~D_S6的阴极分别与主开关器件S₁~S₆的集电极相连，反并联二极管D_S1~D_S6的阳极分别与主开关器件S₁~S₆的发射极相连，开关器件S₁、S₃、S₅的集电极相连作为PWM逆变桥的输入正端，开关器件S₂、S₄、S₆的发射极相连作为PWM逆变桥的输入负端；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C_dc的一端、电感L₁的一端相连，电感L₁的另一端与二极管D₁的阳极、电容C₂的一端相连，二极管D₁的阴极与电容C₁的一端、二极管D₃的阳极、电感L₂的一端相连，二极管D₃的阴极与电容C_VL的一端、电感L₃的一端相连，电容C_VL的另一端与电感L₂的另一端、二极管D₂的阳极相连，电感L₃的另一端与电容C₂的另一端、二极管D₂的阴极、PWM逆变桥的输入正端相连，电容C₁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、直流侧储能电容C_dc的另一端、PWM逆变桥的输入负端相连；主开关器件S₁的发射极与主开关器件S₂的集电极相连，主开关器件S₃的发射极与主开关器件S₄的集电极相连，主开关器件S₅的发射极与主开关器件S₆的集电极相连，由S₂、S₄、S₆的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端；PWM逆变桥的a、b、c三个输出端连接至三相负载。

本实用新型的有益效果：1、可获得更高的升压增益，实现了输入电流的连续，输入电压源与PWM逆变桥侧共地；2、减小了PWM逆变桥桥臂直通时间和系统直通时产生的导通损耗，提高了光伏发电的效率；3、在升压比要求高的场合，相同输入输出电压和相同输出功率条件下，输入电感电流和电感电流纹波更小，有利于减小电感的体积，减轻重量，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型工作于直通状态时的等效电路图。

图3为本实用新型工作于非直通状态时的等效电路图。

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所示为基于准Z源LC网络的光伏发电系统结构示意图，包括光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载；光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载依次连接，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，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C_dc；准Z源LC网络由电感L₁、L₂、L₃，二极管D₁、D₂、D₃，电容C₁、C₂、C_VL构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，包括六个主开关器件S₁~S₆以及它们各自的反并联二极管D_S1~D_S6，反并联二极管D_S1~D_S6的阴极分别与主开关器件S₁~S₆的集电极相连，反并联二极管D_S1~D_S6的阳极分别与主开关器件S₁~S₆的发射极相连，开关器件S₁、S₃、S₅的集电极相连作为PWM逆变桥的输入正端，开关器件S₂、S₄、S₆的发射极相连作为PWM逆变桥的输入负端；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C_dc的一端、电感L₁的一端相连，电感L₁的另一端与二极管D₁的阳极、电容C₂的一端相连，二极管D₁的阴极与电容C₁的一端、二极管D₃的阳极、电感L₂的一端相连，二极管D₃的阴极与电容C_VL的一端、电感L₃的一端相连，电容C_VL的另一端与电感L₂的另一端、二极管D₂的阳极相连，电感L₃的另一端与电容C₂的另一端、二极管D₂的阴极、PWM逆变桥的输入正端相连，电容C₁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、直流侧储能电容C_dc的另一端、PWM逆变桥的输入负端相连；主开关器件S₁的发射极与主开关器件S₂的集电极相连，主开关器件S₃的发射极与主开关器件S₄的集电极相连，主开关器件S₅的发射极与主开关器件S₆的集电极相连，由S₂、S₄、S₆的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端；PWM逆变桥的a、b、c三个输出端连接至三相负载。

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V_dc。与传统的Z源逆变器类似，本实用新型的工作状态也可以分为PWM逆变桥桥臂直通和非直通状态。设开关周期为T_s，桥臂直通占空比为D。

当本实用新型工作于PWM逆变桥桥臂直通状态时，二极管D₁关断，二极管D₂、D₃导通，此时，电感L₂、L₃和电容C_VL并联工作，电容C₁分别对L₂、L₃和电容C_VL充电，等效电路图如图2所示，则有：

（Ⅰ）

式（Ⅰ）中，v_C1、v_C2、v_CVL分别为电容C₁、C₂、C_VL两端电压，v_{L1_st}、v_{L2_st}、v_{L3_st}分别为PWM逆变桥桥臂直通状态时电感L₁、L₂、L₃的电压。

当本实用新型工作于非直通状态时，此时，可将PWM逆变桥桥臂等效为一个电流源，二极管D₁开通，二极管D₂、D₃关断，电感L₂、L₃和电容C_VL串联，等效电路图如图3所示，则有：

（Ⅱ）

式（Ⅱ）中，v_C1、v_C2、v_CVL分别为电容C₁、C₂、C_VL两端电压，v_{L1_non_st}、v_{L2_non_st}、v_{L3_non_st}分别为PWM逆变桥桥臂非直通状态时电感L₁、L₂、L₃的电压。

设直流链峰值电压为v_PN，则有：

（Ⅲ）。

根据稳态时，单个开关周期内电感伏秒平衡，分别对L₁、L₂分析可得：

（Ⅳ）。

L₃的工作状态与L₂类似，可得到类似的表达式。

联立以上式（Ⅳ），可分别得到C₁、C₂的电压表达式：

（Ⅴ）。

直流链峰值电压可表示为：

（Ⅵ），

式（Ⅵ）中，B为升压因子，其满足：

（Ⅶ）。

简单升压控制法是在传统的正弦脉宽调制SPWM控制技术的基础上采用一个大于正弦波正峰值的信号V_P和小于负峰值的信号V_n来控制直通占空比D，在载波大于V_P或者小于V_n时，所有PWM逆变桥桥臂上的开关管驱动信号跳高，从而使PWM逆变桥的三相桥臂同时直通。

采用简单升压法调制时，占空比D和调制度M之间满足：M+D≤1，因此在相同的升压因子B下采用最大调制度时，易得：

（Ⅷ），

此时，本实用新型的电压转换率G为：

（Ⅸ）。

Claims (1)

1.基于准Z源LC网络的光伏发电系统，其特征在于，包括光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载；光伏阵列、Boost升压电路、准Z源LC网络、PWM逆变桥、三相负载依次连接，光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能，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C_dc；准Z源LC网络由电感L₁、L₂、L₃，二极管D₁、D₂、D₃，电容C₁、C₂、C_VL构成；PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构，包括六个主开关器件S₁~S₆以及它们各自的反并联二极管D_S1~D_S6，反并联二极管D_S1~D_S6的阴极分别与主开关器件S₁~S₆的集电极相连，反并联二极管D_S1~D_S6的阳极分别与主开关器件S₁~S₆的发射极相连，开关器件S₁、S₃、S₅的集电极相连作为PWM逆变桥的输入正端，开关器件S₂、S₄、S₆的发射极相连作为PWM逆变桥的输入负端；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C_dc的一端、电感L₁的一端相连，电感L₁的另一端与二极管D₁的阳极、电容C₂的一端相连，二极管D₁的阴极与电容C₁的一端、二极管D₃的阳极、电感L₂的一端相连，二极管D₃的阴极与电容C_VL的一端、电感L₃的一端相连，电容C_VL的另一端与电感L₂的另一端、二极管D₂的阳极相连，电感L₃的另一端与电容C₂的另一端、二极管D₂的阴极、PWM逆变桥的输入正端相连，电容C₁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、直流侧储能电容C_dc的另一端、PWM逆变桥的输入负端相连；主开关器件S₁的发射极与主开关器件S₂的集电极相连，主开关器件S₃的发射极与主开关器件S₄的集电极相连，主开关器件S₅的发射极与主开关器件S₆的集电极相连，由S₂、S₄、S₆的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端；PWM逆变桥的a、b、c三个输出端连接至三相负载。