CN204967747U - 一种交流电压型光伏电池转换电路 - Google Patents

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钟黎萍
王尚玉
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Abstract

一种交流电压型光伏电池转换电路，属于光伏发电技术领域。包括LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路，所述的LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路依次串联，LC低通滤波电路连接光伏电池，逆变电路的调制频率等于CLC谐振变换电路的谐振频率。优点：能将光伏电池转换成以交流电压源的形式对外供电，可以消除局部阴影遮挡所造成的额外功率损失，提高光伏电池的输出功率；可以消除光伏电池串联时在P-V特征曲线上出现的多峰现象，简化最大功率跟踪算法；能够通过增加光伏组件的并联数目来获得高电压，从而可以减少串联级数，简化光伏阵列组网的拓扑。

Description

一种交流电压型光伏电池转换电路
技术领域
本实用新型属于光伏发电技术领域，具体涉及一种交流电压型光伏电池转换电路。
背景技术
光伏发电具有无噪音、无污染、故障率低、维护简便等优点，是一种理想的可持续发展绿色能源。尽管最近几年，受各种因素影响，光伏产业的发展处于低谷，但从长远来看，其应用前景依然非常广阔。光伏电池输出的I-V特性如图1所示，在其输出电压范围内主要表现为电流源特性，而在开路电压附近则近似变为电压源。受输出特性制约，光伏电池的输出功率具有非线性特点，如图2所示，只有在某一输出电压值即最佳输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值，此时光伏电池的工作点就达到输出P-V曲线的最高点，即最大功率点。光伏电池始终工作在最大功率点，是提高光伏电池发电效率的必然要求。这一问题业内称之为最大功率点跟踪(英文全称为：MaximumPowerPointTracking，英文简称：MPPT)。
请参阅图3，光伏阵列一般是由一定数量的光伏组件串并联组合而成，并且在每一光伏组件的两端均并联有一个旁路二极管以避免热斑现象。当光伏阵列受到局部阴影遮挡时，其输出特性将变得复杂。以最简单的由两个光伏组件串联而成的支路为例，被遮挡的光伏组件产生的光生电流减少，由于串联电路中电流必须相等，因此将出现以下两种情况：1)受遮挡的光伏组件被二极管旁路，停止发电；2)受遮挡的光伏组件继续发电，支路中其他正常组件则降低输出电流以保持支路电流的一致性，此时光伏阵列的P-V曲线如图4所示，将出现两个峰值。显然，在这种情况下，传统的MPPT算法很容易陷入局部最优，必须采用更复杂的算法才能找到真正的最大功率点，并且串联组件越多，局部峰值点也越多，算法也越复杂。
目前各种成熟的技术方法，仅仅着眼于在上述两种情况中选出最佳，而没有进一步考虑阴影遮挡给串联光伏电池所造成的功率损失。实际上，无论哪种情况，串联支路都要浪费相当一部分功率，这部分功率可能比通过MPPT算法而获得的功率提高值要大很多。如果能充分利用这部分功率，相信会对光伏产业的发展具有很好的推动作用。
鉴于上述已有技术，本申请人对光伏电池的输出电路作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种交流电压型光伏电池转换电路,可以消除局部阴影遮挡所造成的额外功率损失，提高光伏电池的输出功率。
本实用新型的目的是这样来达到的，一种交流电压型光伏电池转换电路，包括LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路，其特征在于：所述的LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路依次串联，LC低通滤波电路连接光伏电池，逆变电路的调制频率等于CLC谐振变换电路的谐振频率。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的逆变电路采用电流型单相桥式PWM逆变电路，包括功率开关管VT1～VT4以及二极管D1～D4,功率开关管VT1的漏极和功率开关管VT3的漏极连接，并共同连接所述的LC低通滤波电路的一输出端，功率开关管VT1的源极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接功率开关管VT2的漏极，并共同连接所述的CLC谐振变换电路的一输入端，功率开关管VT2的源极连接二极管D2的正极，功率开关管VT3的源极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接功率开关管VT4的漏极，并共同连接CLC谐振变换电路的另一输入端，功率开关管VT4的源极连接二极管D4的正极，二极管D2的负极和二极管D4的负极连接，并共同连接LC低通滤波电路的另一输出端，功率开关管VT1的栅极、功率开关管VT2的栅极、功率开关管VT3的栅极以及功率开关管VT4的栅极分别连接PWM信号。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的CLC谐振变换电路包括电容C2、C3以及电感L2，电容C2与电容C3的电容量相等，电容C2的一端作为CLC谐振变换电路的一输入端连接所述的逆变电路，电容C2的另一端连接电感L2的一端以及电容C3的一端，电感L2的另一端作为CLC谐振变换电路的另一输入端连接逆变电路，电容C3的另一端以及电感L2的另一端构成CLC谐振变换电路的两输出端。
本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：能将光伏电池转换成以交流电压源的形式对外供电，可以消除局部阴影遮挡所造成的额外功率损失，提高光伏电池的输出功率；可以消除光伏电池串联时在P-V特征曲线上出现的“多峰”现象，简化最大功率跟踪算法；能够通过增加光伏组件的并联数目来获得高电压，从而可以减少串联级数，简化光伏阵列组网的拓扑。
附图说明
图1为光伏电池的I-V特性示意图。
图2为光伏电池的P-V特性示意图。
图3为光伏阵列的结构示意图。
图4为串联连接的两个光伏组件在受到局部阴影遮挡时的P-V特性示意图。
图5为本实用新型的原理框图。
图6为本实用新型所述的LC低通滤波电路的电原理图。
图7为本实用新型所述的逆变电路的电原理图。
图8为本实用新型所述的CLC谐振变换电路的电原理图。
具体实施方式
申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。
请参阅图5，本实用新型涉及一种交流电压型光伏电池转换电路，包括LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路。所述的LC低通滤波电路连接光伏电池，LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路依次串联，CLC谐振变换电路输出交流电压。所述的逆变电路的调制频率等于CLC谐振变换电路的谐振频率。
请参阅图6，所述的LC低通滤波电路包括电容C1和电感L1，电容C1的两端作为LC低通滤波电路的两输入端a、b连接光伏电池，电容C1的一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端以及电容C1的另一端构成LC低通滤波电路的两输出端c、d连接所述的逆变电路。LC低通滤波电路的作用在于，过滤逆变电路输入端的脉动电压，使光伏电池输出的电压变得平直。
请参阅图7，在本实施例中，所述的逆变电路采用电流型单相桥式PWM逆变电路，包括功率开关管VT1～VT4以及二极管D1～D4。功率开关管VT1的漏极和功率开关管VT3的漏极连接，并作为一输入端e连接所述的LC低通滤波电路的一输出端a，功率开关管VT1的源极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接功率开关管VT2的漏极，并作为一输出端g连接所述的CLC谐振变换电路，功率开关管VT2的源极连接二极管D2的正极，功率开关管VT3的源极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接功率开关管VT4的漏极，并作为另一输出端h连接CLC谐振变换电路，功率开关管VT4的源极连接二极管D4的正极，二极管D2的负极和二极管D4的负极连接，并作为另一输入端f连接LC低通滤波电路的另一输出端b，功率开关管VT1的栅极、功率开关管VT2的栅极、功率开关管VT3的栅极以及功率开关管VT4的栅极分别构成驱动信号输入端ug1、ug2、ug3、ug4，连接PWM发生器，PWM发生器向驱动信号输入端ug1、ug2、ug3、ug4提供PWM信号，用作控制功率开关管通断的开关信号。
请参阅图8，所述的CLC谐振变换电路包括电容C2、C3以及电感L2。电容C2的一端作为CLC谐振变换电路的一输入端i连接所述的逆变电路的一输出端g，电容C2的另一端连接电感L2的一端以及电容C3的一端，电感L2的另一端作为CLC谐振变换电路的另一输入端j连接逆变电路的另一输出端h，电容C3的另一端以及电感L2的另一端构成CLC谐振变换电路的两输出端k、l，用于输出交流电压。在本实施例中，所述的电容C2和电容C3的电容量相同。
请继续参阅图5～图8，所述的逆变电路采用PWM调制方式进行调节，设PWM发生器的调制频率为f，CLC谐振变换电路的谐振频率为f0，又假设电容C2、C3的电容量均为C，电感L2的电感量为L。使PWM发生器的调制频率f与CLC谐振变换电路的谐振频率f0一致，即所述的逆变电路将光伏电池输出的直流电流调制成频率为f的交流电流，此电流作为CLC谐振变换电路的输入。所述的CLC谐振变换电路在输入信号的频率等于谐振频率的条件下，即f＝f0时，发生谐振。根据谐振变换原理，当CLC谐振变换电路在谐振时，有：其中U1是CLC谐振变换电路的正弦交流输入电压的幅值，U2是CLC谐振变换电路的正弦交流输出电压的幅值，I1、I2分别为相应正弦交流电流的幅值。I1由光伏电池的输出电流iph逆变而来，大小正比于iph，由此使得U2也正比于iph，这样就实现了将电流源型的光伏输出转换成电压源输出。由于U1为正弦交流，因此必须增加一级LC低通滤波电路，以使光伏输出电压uph变为恒定的直流，且其大小正比于U1，从而也正比于负载电流I2。
经过上述电路的转换，光伏电池的输出由电流源转换为电压源，从而当光伏电池串联连接时，局部阴影遮挡只会影响串联电池的输出电压，而不影响电池的正常串联，由此可以消除因为局部阴影遮挡所造成的额外功率损失，提高光伏电池的输出功率；同时也可以消除光伏电池串联时在P-V特征曲线上出现的“多峰”现象，简化最大功率跟踪算法；另外根据谐振的特点，能够通过增加光伏组件的并联数目来获得高电压，从而可以减少串联级数，简化光伏阵列组网的拓扑。

Claims (3)

1.一种交流电压型光伏电池转换电路，包括LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路，其特征在于：所述的LC低通滤波电路、逆变电路以及CLC谐振变换电路依次串联，LC低通滤波电路连接光伏电池，逆变电路的调制频率等于CLC谐振变换电路的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的一种交流电压型光伏电池转换电路，其特征在于所述的逆变电路采用电流型单相桥式PWM逆变电路，包括功率开关管VT1～VT4以及二极管D1～D4，功率开关管VT1的漏极和功率开关管VT3的漏极连接，并共同连接所述的LC低通滤波电路的一输出端，功率开关管VT1的源极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接功率开关管VT2的漏极，并共同连接所述的CLC谐振变换电路的一输入端，功率开关管VT2的源极连接二极管D2的正极，功率开关管VT3的源极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接功率开关管VT4的漏极，并共同连接CLC谐振变换电路的另一输入端，功率开关管VT4的源极连接二极管D4的正极，二极管D2的负极和二极管D4的负极连接，并共同连接LC低通滤波电路的另一输出端，功率开关管VT1的栅极、功率开关管VT2的栅极、功率开关管VT3的栅极以及功率开关管VT4的栅极分别连接PWM信号。
3.根据权利要求2所述的一种交流电压型光伏电池转换电路，其特征在于所述的CLC谐振变换电路包括电容C2、C3以及电感L2，电容C2与电容C3的电容量相等，电容C2的一端作为CLC谐振变换电路的一输入端连接所述的逆变电路，电容C2的另一端连接电感L2的一端以及电容C3的一端，电感L2的另一端作为CLC谐振变换电路的另一输入端连接逆变电路，电容C3的另一端以及电感L2的另一端构成CLC谐振变换电路的两输出端。
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