CN205407283U - 一种功率模块加权组合电路拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种功率模块加权组合电路拓扑结构，至少包括：输入滤波单元、组合功率单元、输出滤波单元、控制单元，其特征是：组合功率单元包括多个功率单元按加权并联连接；多个功率单元分别有一个输入控制端，多个功率单元输入控制端分别与控制单元的输出控制端电连接；光伏电池板阵列产生的直流电，通过汇流箱和配电柜输送到输入滤波单元的输入端，经过直流输入滤波单元后传输到组合功率单元，控制单元根据交流输出滤波单元输出交流功率的大小，控制组合功率单元的工作状态，由组合功率单元将直流电能转换为交流电能，再经过交流输出滤波单元进行滤波，最终送入交流电网。本实用新型能提高逆变器的转换效率，降低电流谐波系数。

Description

一种功率模块加权组合电路拓扑结构
技术领域
本实用新型属于光伏逆变器电路拓扑结构设计技术，涉及一种功率模块加权组合电路拓扑结构。
背景技术
光伏电站是把太阳光能转换为电能的发电系统。该系统由四个部分构成，即电池组件阵列，光伏逆变器，升压变压器，以及汇流箱、配电柜、连接电缆、监控系统等。光伏逆变器是光伏电站的关键设备，主要功能是将电池组件阵列产生的直流电转换为交流电，然后送入升压变压器。电池组件所能产生的电功率随着太阳光的辐射强度而变化，在中午太阳光辐射最强，电池组件产生的电功率最大，在日出或日落时，太阳光辐射较弱，电池组件产生电功率较小。随着天气的变化、云层遮挡、建筑物遮挡、地形遮挡，也会发生变化。
一般情况下，光伏逆变器的额定功率是按电池组件所能产生的最大功率值来设计的。一个高品质的光伏逆变器产品必须具备符合要求的安规功能和性能指标，以及自身特有的功能和性能指标。在此我们仅讨论光伏逆变器的发电效率和电流谐波系数两项重要指标。
图1是某型号光伏逆变器实测效率曲线和电流谐波系数曲线，一般光伏逆变器的效率曲线和电流谐波系数曲线与之类似或趋势相同。
从图1可以看出，对于转换效率来说，当逆变器输出功率达到额定功率的50%左右时，转换效率达到最大值，当逆变器输出功率从额定功率50%起继续增大时，转换效率小幅慢速下降，直到额定功率的100%输出时，转换效率下降很小。当逆变器输出功率从额定功率50%下降到30%时，转换效率小幅下降，当从30%下降到15%时，下降幅度明显加大，在15%以下时，呈现快速下降趋势。
对于电流谐波系数来说，当逆变器输出功率在额定功率50%以上时，电流谐波系数较小，且保持稳定。当逆变器输出功率从额定功率50%下降到30%时，电流谐波系数有明显上升，但数值仍然较小，当逆变器输出功率下降到额定功率30%以下时，上升趋势明显加快，数值增大较多，下降到在15%左右时就超出了5%的国标要求。
为了提高逆变器的转换效率和降低电流谐波系数，除了改进控制算法外，必须在硬件电路上采取措施，如提高相关电感、电容的品质，使用更高品质的IGBT,增强输出滤波电路等，这些措施确实有效，但是，一个小的参数改善，需要付出较大的成本代价。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种功率模块加权组合电路拓扑结构，以便提高逆变器的转换效率，提高发电量，降低电流谐波系数，提高电能质量。
本实用新型的目的是这样实现的，一种功率模块加权组合电路拓扑结构，至少包括：输入滤波单元、组合功率单元、输出滤波单元、控制单元；输入滤波单元的输出端与组合功率单元的输入端电连接，组合功率单元的输出端与输出滤波单元的输入端电连接，其特征是：组合功率单元包括多个功率单元按加权并联连接；多个功率单元分别有一个输入控制端，所述的多个功率单元输入控制端分别与控制单元的输出控制端电连接；光伏电池板阵列产生的直流电，通过汇流箱和配电柜输送到输入滤波单元的输入端，经过直流输入滤波单元后传输到组合功率单元，控制单元根据交流输出滤波单元输出交流功率的大小，控制组合功率单元的工作状态，由组合功率单元将直流电能转换为交流电能，再经过交流输出滤波单元进行滤波，最终送入交流电网。
所述的多个功率单元加权是按8421加权并联组成。
所述的交流输出滤波单元输出交流功率的大小与多个功率单元加权加权误差在±10％。
所述的多个功率单元相互之间加权误差小于3％。
所述的组合功率单元包括：功率单元A、功率单元B、功率单元C和功率单元D，设定功率随太阳光的强弱变化而变化，组合功率单元中功率单元A的额定功率是功率单元B的两倍，功率单元B是功率单元C的两倍，功率单元C是功率单元D的两倍。
所述的组合功率单元包括一个输入控制端，输入控制端输入低电平时，功率单元输出零功率；输入控制端输入高电平时，功率单元输出设定功率。
本实用新型的工作原理及优点是：每个功率单元的额定功率不同，按8421加权设计每个功率单元的额定功率值，功率单元A的额定功率是功率单元B的两倍，功率单元B是功率单元C的两倍，功率单元C是功率单元D的两倍。控制四个功率单元的工作状态，根据输出功率的大小，开启或关闭某个功率单元，或者控制不同的功率单元工作在各自额定功率的不同阶段，总体构成功率单元加权组合输出工作方式。达到较高的转换效率和更低的电流谐波系数，从而提高系统的发电量和电能质量。
附图说明
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明：
图1光伏逆变器的效率曲线和电流谐波系数曲线；
图2功率模块加权组合光伏逆变器原理框图；
图3组合功率单元转换效率曲线；
图4组合功率单元电流谐波系数曲线。
图中，1、输入滤波单元；2、组合功率单元；3、输出滤波单元；4、控制单元；5、光伏电池板阵列；6、交流电网。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型的目的是这样实现的，一种功率模块加权组合电路拓扑结构，至少包括：输入滤波单元1、组合功率单元2、输出滤波单元3、控制单元4；输入滤波单元1的输出端与组合功率单元2的输入端电连接，组合功率单元2的输出端与输出滤波单元3的输入端电连接，组合功率单元2包括多个功率单元按加权并联连接；多个功率单元分别有一个输入控制端，所述的多个功率单元输入控制端分别与控制单元4的输出控制端电连接；光伏电池板阵列5产生的直流电，通过汇流箱和配电柜输送到输入滤波单元1的输入端，经过直流输入滤波单元后传输到组合功率单元2，控制单元4根据交流输出滤波单元输出交流功率的大小，控制组合功率单元2的工作状态，由组合功率单元2将直流电能转换为交流电能，再经过交流输出滤波单元3进行滤波，最终送入交流电网6。所述的多个功率单元加权是按8421加权并联组成。如果选取功率单元A的额定功率为400kW，则功率单元B、功率单元C和功率单元D的额定功率依次为200kW、100kW和50kW。控制单元控制加权的四个功率单元的开启或关闭开关，依据输出功率的大小，开启或关闭某个功率单元，或者控制不同的功率单元工作在各自额定功率的不同阶段，总体构成功率单元加权组合输出工作方式。
以额定功率750kW光伏逆变器为例，按照本电路拓扑结构进行设计，功率单元A额定功率为400kW，功率单元B额定功率为200kW，功率单元C额定功率为100kW，功率单元D额定功率为50kW。组合功率单元最大功率输出为：400kW+200kW+100kW+50kW=750kW。按照图3组合功率单元转换效率曲线中的曲线交点对应的输出功率与额定功率比值，即35%，确定组合功率单元中各功率单元的工作状态，如表1所示。
表1功率单元工作状态编码表
在功率单元工作状态编码表中，“0”表示功率单元关闭，“1”表示功率单元运行。依据编码表可对图2中的控制单元设计控制软件，使得组合功率单元能够按照表1的参数要求工作，以达到高转换效率和低电流谐波系数的目标要求。
本实用新型中优选方案是：交流输出滤波单元输出交流功率的大小与多个功率单元加权加权误差在±10％。
本实用新型中其次的优选方案是：所述的多个功率单元相互之间加权误差小于3％。
除上述实例外，本实用新型还可以有其他实施方法。凡采用等同或等效变换形式的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
在白天由光伏电池板阵列产生的直流电，通过汇流箱和配电柜输送到光伏逆变器的输入端，经过直流输入滤波单元，传输到组合功率单元，将直流电能转换为交流电能，再经过交流输出滤波单元进行滤波，最终送入交流电网。控制单元根据输出交流功率的大小，适时合理控制各个功率单元的工作状态，达到较高的转换效率和更低的电流谐波系数，从而提高系统的发电量和电能质量。
所述的组合功率单元包括：功率单元A、功率单元B、功率单元C和功率单元D，设定功率随太阳光的强弱变化而变化，组合功率单元中功率单元A的额定功率是功率单元B的两倍，功率单元B是功率单元C的两倍，功率单元C是功率单元D的两倍。
所述的组合功率单元包括一个输入控制端，输入控制端输入低电平时，功率单元输出零功率；输入控制端输入高电平时，功率单元输出设定功率。
所述的控制单元控制四个功率单元的工作状态，根据输出功率的大小，开启或关闭功率单元工作或不工作，或者控制不同的功率单元工作在各自额定功率的不同阶段，总体构成功率单元加权组合输出工作方式。采用功率模块加权组合电路拓扑结构的光伏逆变器效率曲线和电流谐波系数曲线如图3和图4所示。在图3中，当输出功率在额定功率35%以上时，两个曲线重合，在35%以下时，组合功率单元效率曲线总是在单功率单元效率曲线之上，显然，本电路拓扑结构能够得到更高的转换效率。
在图4中，当输出功率在额定功率35%以上时，两个曲线重合，在35%以下时，组合功率单元电流谐波系数曲线总是在单功率单元电流谐波系数曲线之下，很明显，本电路拓扑结构能够得到更低的电流谐波系数，具有显著的优势。
本实用新型中，输入滤波单元1、输出滤波单元3、控制单元4和光伏电池板阵列5采用现有的单元模块；组合功率单元2中的功率单元是在功率逆变电路中加入输入控制端，控制单元4对输入控制端进行电平控制，输入控制端输入低电平时，功率单元输出零功率；输入控制端输入高电平时，功率单元输出设定功率。

Claims (6)

1.一种功率模块加权组合电路拓扑结构，至少包括：输入滤波单元（1）、组合功率单元（2）、输出滤波单元（3）、控制单元（4）；输入滤波单元（1）的输出端与组合功率单元（2）的输入端电连接，组合功率单元（2）的输出端与输出滤波单元（3）的输入端电连接，其特征是：组合功率单元（2）包括多个功率单元按加权并联连接；多个功率单元分别有一个输入控制端，所述的多个功率单元输入控制端分别与控制单元（4）的输出控制端电连接；光伏电池板阵列（5）产生的直流电，通过汇流箱和配电柜输送到输入滤波单元（1）的输入端，经过直流输入滤波单元后传输到组合功率单元（2），控制单元（4）根据交流输出滤波单元输出交流功率的大小，控制组合功率单元（2）的工作状态，由组合功率单元（2）将直流电能转换为交流电能，再经过交流输出滤波单元（3）进行滤波，最终送入交流电网（6）。
2.根据权利要求1所述的一种功率模块加权组合电路拓扑结构，其特征是：所述的多个功率单元加权是按8421加权并联组成。
3.根据权利要求1所述的一种功率模块加权组合电路拓扑结构，其特征是：所述的交流输出滤波单元输出交流功率的大小与多个功率单元加权加权误差在±10％。
4.根据权利要求1所述的一种功率模块加权组合电路拓扑结构，其特征是：所述的多个功率单元相互之间加权误差小于3％。
5.根据权利要求1所述的一种功率模块加权组合电路拓扑结构，其特征是：所述的组合功率单元包括：功率单元A、功率单元B、功率单元C和功率单元D，设定功率随太阳光的强弱变化而变化，组合功率单元中功率单元A的额定功率是功率单元B的两倍，功率单元B是功率单元C的两倍，功率单元C是功率单元D的两倍。
6.根据权利要求1所述的一种功率模块加权组合电路拓扑结构，其特征是：所述的组合功率单元包括一个输入控制端，输入控制端输入低电平时，功率单元输出零功率；输入控制端输入高电平时，功率单元输出设定功率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108493919A (zh) * 2018-04-27 2018-09-04 青岛特锐德电气股份有限公司 一种用于直流微电网的下垂控制方法及系统

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