CN205377786U - 一种双降压式光伏发电系统 - Google Patents

一种双降压式光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种双降压式光伏发电系统，Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪；双降压式逆变电路无传统桥式逆变器的桥臂功率管直通问题，提高了系统的可靠性和输入直流电压利用率，并且功率开关器件和续流二极管可以分别得到优化选取，半周期调制方式减小了逆变器的损耗，提高了效率。

Description

一种双降压式光伏发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种双降压式光伏发电系统，属于分布式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。
随着对光伏逆变器性能要求的不断提高，如何提高光伏发电系统的可靠性、提高功率变换密度和效率，已经成为当前研究的热门问题。双降压式半桥逆变器，由于不存在传统桥式逆变桥的桥臂功率管直通问题，提高了系统的可靠性。但其存在输入直流电压利用率低的缺点，即桥臂输出最高电压只有输入直流电压的一半。对于高压输出的场合，则要求更高的输入直流电压，增加了开关器件的电压应力。
发明内容
本实用新型发明了一种双降压式光伏发电系统，Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪；双降压式逆变电路无传统桥式逆变器的桥臂功率管直通问题，提高了系统的可靠性和输入直流电压利用率，并且功率开关器件和续流二极管可以分别得到优化选取，半周期调制方式减小了逆变器的损耗，提高了效率。
本实用新型的技术方案为：一种双降压式光伏发电系统，包括光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载；光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载顺次连接，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Cd；双降压式逆变电路由四个开关器件S1~S4、四个电感L1~L4、四个续流二极管VD1~VD4、滤波电容Cf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Cd的一端、开关器件S1的集电极、续流二极管VD3的阴极、开关器件S2的集电极、续流二极管VD4的阴极相连，开关器件S1的发射极与电感L1的一端、续流二极管VD1的阴极相连，电感L1的另一端与电感L3的一端、滤波电容Cf的一端相连，续流二极管VD3的阳极与电感L3的另一端、开关器件S3的集电极相连，开关器件S3的发射极与续流二极管VD1的阳极、开关器件S4的发射极、续流二极管VD2的阳极、直流侧储能电容Cd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，开关器件S2的发射极与电感L2的一端、续流二极管VD2的阴极相连，电感L2的另一端与滤波电容Cf的另一端、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与续流二极管VD4的阳极、开关器件S4的集电极相连；负载并联在滤波电容Cf两端。
本实用新型的有益效果为：1、Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪；双降压式逆变电路无传统桥式逆变器的桥臂功率管直通问题，提高了系统的可靠性和输入直流电压利用率；2、功率开关器件和续流二极管可以分别得到优化选取，半周期调制方式减小了逆变器的损耗，提高了效率。
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；iL1、iL2、iL3、iL4分别为电感L1、L2、L3、L4的电流，iL为流入滤波电容Cf和负载的电流之和，io为负载电流；uo为输出电压，也即负载电压。
图3所示为本实用新型关键波形示意图。
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所示为本实用新型双降压式光伏发电系统结构示意图，包括光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载；光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载顺次连接，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Cd；双降压式逆变电路由四个开关器件S1~S4、四个电感L1~L4、四个续流二极管VD1~VD4、滤波电容Cf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Cd的一端、开关器件S1的集电极、续流二极管VD3的阴极、开关器件S2的集电极、续流二极管VD4的阴极相连，开关器件S1的发射极与电感L1的一端、续流二极管VD1的阴极相连，电感L1的另一端与电感L3的一端、滤波电容Cf的一端相连，续流二极管VD3的阳极与电感L3的另一端、开关器件S3的集电极相连，开关器件S3的发射极与续流二极管VD1的阳极、开关器件S4的发射极、续流二极管VD2的阳极、直流侧储能电容Cd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，开关器件S2的发射极与电感L2的一端、续流二极管VD2的阴极相连，电感L2的另一端与滤波电容Cf的另一端、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与续流二极管VD4的阳极、开关器件S4的集电极相连；负载并联在滤波电容Cf两端。
为简化分析，做如下假设：1、所有开关器件和二极管均为理想器件，不考虑开关时间和导通压降；2、光伏阵列、Boost升压电路等效为一直流电压源E；3、所有电感、电容均为理想元件，且4个电感相同，即L1=L2=L3=L4。基于以上三点假设，本实用新型等效电路图如图2所示。
为减小开关器件的开关损耗和导通损耗，从而进一步提高光伏发电效率，本实用新型工作于半周期运行模式，即S1、S4在前半输出周期共同调制工作，S2、S3在后半输出周期共同调制工作。图3所示为本实用新型关键波形示意图，Ugs1、Ugs2、Ugs3、Ugs4分别为开关器件S1、S2、S3、S4的驱动信号。输出电压正向阶段(t0~t2)分为(1)、(2)两个阶段，输出电压负向阶段(t2~t4)分为(3)、(4)两个阶段。下面结合图2和图3，对本实用新型四个工作模式进行具体分析。
(1)输出电压uo与iL同向阶段(t0~t1)：此阶段输入向输出传递能量，分为2个工作模态。工作模态1：开关器件S1、S4导通，在输入电压和输出电压作用下，电感电流iL1、iL4正向增加；工作模态2：开关器件S1、S4关断，电感电流iL1、iL4不能突变，续流二极管VD1、VD4导通，在输入电压和输出电压作用下，电感电流iL1、iL4正向减少。
在(1)阶段中，工作模态1和工作模态2不断重复，开关器件S2、S3和续流二极管VD2、VD3始终保持关断状态，电感L2、L3中没有电流。
(2)输出电压uo与iL反向阶段(t1~t2)：在这个阶段，输出电压依然保持为正向，而iL变负，输出向输入回馈能量，该阶段也分为2个工作模态。工作模态3：开关器件S2、S3导通，在输入电压和输出电压作用下，电感电流iL2、iL3正向增加；工作模态4：开关器件S2、S3关断，电感电流iL2、iL3不能突变，续流二极管VD2、VD3导通，在输入电压和输出电压作用下电感电流iL2、iL3正向减少。
在(2)阶段中，工作模态3和工作模态4不断重复，开关器件S1、S4和续流二极管VD1、VD4始终保持关断状态，电感L1、L4中没有电流。
(3)输出电压uo与iL同向阶段(t2~t3)：在这个阶段，输出电压和iL都为负向，输入向输出传递能量，由于iL依然为负，因此该阶段将重复工作模态3和工作模态4的工作状态。
(4)输出电压uo与iL反向阶段(t3~t4)：在这个阶段，输出电压依然为负，而iL变为正向，输出向输入回馈能量，由于iL为正，因此该阶段将重复工作模态1和工作模态2的工作状态。
综上可知，功率开关器件和续流二极管都是半个输出周期高频开关，半个输出周期处于关断状态。电路工作于工作模态1和工作模态2时iL为正半波，电路工作于工作模态3和工作模态4时iL为负半波。

Claims (1)

1.一种双降压式光伏发电系统，其特征在于，包括光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载；光伏阵列、Boost升压电路、双降压式逆变电路、负载顺次连接，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Cd；双降压式逆变电路由四个开关器件S1~S4、四个电感L1~L4、四个续流二极管VD1~VD4、滤波电容Cf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Cd的一端、开关器件S1的集电极、续流二极管VD3的阴极、开关器件S2的集电极、续流二极管VD4的阴极相连，开关器件S1的发射极与电感L1的一端、续流二极管VD1的阴极相连，电感L1的另一端与电感L3的一端、滤波电容Cf的一端相连，续流二极管VD3的阳极与电感L3的另一端、开关器件S3的集电极相连，开关器件S3的发射极与续流二极管VD1的阳极、开关器件S4的发射极、续流二极管VD2的阳极、直流侧储能电容Cd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，开关器件S2的发射极与电感L2的一端、续流二极管VD2的阴极相连，电感L2的另一端与滤波电容Cf的另一端、电感L4的一端相连，电感L4的另一端与续流二极管VD4的阳极、开关器件S4的集电极相连；负载并联在滤波电容Cf两端。
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