CN207691703U - 一种光伏发电系统的dc/ac模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏发电系统的DC/AC模块，包括直流母线电容、逆变桥、交流输出滤波电路、用于交流输出第二半周向逆变桥供电的储能电容和用于直流母线电容对储能电容充电、使储能电容与直流母线电容实现等电位的双向Buck‑Boost变换器，直流母线电容接在直流输入端的正极与负极之间，交流输出滤波电路接在逆变桥与交流输出端之间，Buck‑Boost变换器的输入端接所述的直流输入端，输出端接储能电容；储能电容与直流母线电容组成串联电路，储能电容的一端和DC/AC模块交流输出的接地端分别接DC/AC模块直流输入的接地端；逆变桥输入端的正极接所述串联电路的正极，负极接所述串联电路的负极。本实用新型功率器件热应力较小、工作可靠性好、转换效率较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏发电系统，尤其涉及一种光伏发电系统的DC/AC模块。
背景技术
DC/AC逆变技术的基本原理是通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，它是一种电能变换装置。
传统的DC/AC转换电路的原理如图5所示，包括包括直流输入端、交流输出端、直流母线电容、逆变桥和输出滤波电路，传统DC/AC转换电路功率器件热应力大、工作可靠性差、转换效率较低。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种功率器件热应力较小、工作可靠性好、转换效率较高的光伏发电系统的DC/AC模块。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种光伏发电系统的DC/AC模块，包括直流输入端、交流输出端、直流母线电容、逆变桥、交流输出滤波电路、用于交流输出第二半周向逆变桥供电的储能电容和用于直流母线电容对储能电容充电、使储能电容与直流母线电容实现等电位的双向Buck-Boost变换器，直流母线电容接在直流输入端的正极与负极之间，交流输出滤波电路接在逆变桥与交流输出端之间， Buck-Boost变换器的输入端接所述的直流输入端，输出端接储能电容；储能电容与直流母线电容组成串联电路，储能电容的一端和DC/AC模块交流输出的接地端分别接DC/AC模块直流输入的接地端；逆变桥输入端的正极接所述串联电路的正极，负极接所述串联电路的负极。
以上所述的DC/AC模块，双向Buck-Boost变换器包括第三开关管、第四开关管、第七二极管、第八二极管、第二储能电感和第四储能电感；第三开关管的高电位端接第七二极管的阴极和所述串联电路的正极，低电位端接第八二极管的阴极和第二储能电感的第一端；第四开关管的高电位端接第七二极管的阳极和第四储能电感的第一端，低电位端接第八二极管的阳极和所述串联电路的负极；第二储能电感的第二端作为DC/AC模块的直流输入的接地端，接第四储能电感的第二端和DC/AC模块交流输出的第二端。
以上所述的DC/AC模块，逆变桥包括第一开关管、第二开关管、第五二极管和第六二极管，交流输出滤波电路包括第一交流滤波电感、第三交流滤波电感和第一交流滤波电容；第一开关管的高电位端接第五二极管的阴极和所述串联电路的正极，低电位端接第六二极管的阴极和第一交流滤波电感的第一端；第二开关管的高电位端接第五二极管的阳极和第三交流滤波电感的第一端，低电位端接第六二极管的阳极和所述串联电路的正极；第一交流滤波电感的第二端作为DC/AC模块的第二交流输出端，接第三交流滤波电感的第二端；第一交流滤波电容接在DC/AC模块交流输出的第一端与交流输出的第二端之间。
以上所述的DC/AC模块，双向Buck-Boost变换器包括第十三开关管、第十四开关管和第十二储能电感；第十三开关管的高电位端接所述串联电路的正极，低电位端接第十二储能电感的第十一端；第十四开关管的高电位端接第十四储能电感的第一端，低电位端接所述串联电路的负极；第十二储能电感的第二端作为DC/AC模块的直流输入的接地端，接DC/AC模块交流输出的第二端。
以上所述的DC/AC模块，逆变桥包括第十一开关管和第十二开关管，交流输出滤波电路包括第十一交流滤波电感和第十一交流滤波电容；第十一开关管的高电位端接所述串联电路的正极，低电位端接和第十一交流滤波电感的第一端和第十二开关管的高电位端，第十二开关管的低电位端接所述串联电路的正极；第十一交流滤波电感的第二端是DC/AC模块交流输出的第一端，第十一交流滤波电容接在DC/AC模块交流输出的第一端与交流输出的第二端之间。
以上所述的DC/AC模块，对于负极接地的DC/AC模块，所述串联电路的正极是直流母线电容的正极，所述串联电路的负极是储能电容的负极，直流母线电容的负极和储能电容的正极接DC/AC模块交流输出的接地端和DC/AC模块直流输入的接地端；对于正极接地的DC/AC模块，所述串联电路的负极是直流母线电容的负极，所述串联电路的正极是储能电容的正极，直流母线电容的正极和储能电容的负极接DC/AC模块交流输出的接地端和DC/AC模块直流输入的接地端。
本实用新型的DC/AC模块功率器件热应力较小、工作可靠性好、转换效率较高。
附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型负极接地DC/AC模块实施例1的电路图。
图2是本实用新型负极接地DC/AC模块实施例2的电路图。
图3是本实用新型正极接地DC/AC模块实施例1的电路图。
图4是本实用新型正极接地DC/AC模块实施例2的电路图。
图5是现有技术DC/AC转换电路的电路图。
具体实施方式]
本实用新型负极接地DC/AC模块的实施例1的结构如图1所示，包括直流母线电容C5、逆变桥、交流输出滤波电路、用于交流输出第二半周向逆变桥供电的储能电容C3和用于直流母线电容对储能电容充电、使储能电容与直流母线电容实现等电位的双向Buck-Boost变换器。直流母线电容C5接在直流输入端的正极与负极之间，交流输出滤波电路接在逆变桥与交流输出端之间， Buck-Boost变换器的输入端接DC/AC模块的直流输入端，输出端接储能电容C3；储能电容C3与直流母线电容C5组成串联电路，储能电容C3的一端和DC/AC模块交流输出的接地端分别接DC/AC模块直流输入的接地端；逆变桥输入端的正极接串联电路的正极，负极接串联电路的负极。
双向Buck-Boost变换器包括功率开关管S3和S4，功率二极管D7和D8、储能电感L2和L4。
逆变桥包括功率开关管S1和S2，功率二极管D5和D6。
交流输出滤波电路包括交流滤波电感L1和L3，交流滤波电容C4。
D1、D2、D3和D4分别为S1、S2、S3和S4的体二极管。
本实施例对外具有a、b、c端口，a端是DC/AC模块直流输入端的负极，b端是DC/AC模块直流输入端的正极，c端是DC/AC模块的交流输出的第一端，d端和e端分别为逆变桥臂的中点。
当C5端电压大于C3端电压时，此时S3开通、而S4关断，C5通过S3给L2充电；S3关断时，存储在L2的能量通过D8给C3充电。反之C5端电压小于C3端电压时，此时S4开通、而S3关断，C3通过S4给L4充电；S4关断时，存储在L4的能量通过D7给C5充电。从而通过不断的高频开关工作过程，最终实现C5、C3端电压等电位，这也是半桥逆变电路有效工作的前提条件，最终可实现半桥逆变电路注入负载或交流电网更小的直流电流分量。交流输出正弦波正半周时，此时S1开通、而S2关断，C5通过S1并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S1关断时，存储在L1上的能量通过C3、D6实现续流。交流输出正弦波负半周时，S1关断而S2开通，C3通过S2并经过L3、C4滤波而实现交流逆变输出；S2关断时，存储在L3的能量通过C5、D5实现续流。
由前述可见，功率开关管全部为高频工作而可使用MOSFET，开关频率较低时也可使用IGBT，功率二极管也全部为高频工作而可采用快恢复或SiC（碳化硅）等类型。同时，由于功率开关管及其体二极管的双向导电性，明显地这个DC/AC模块可实现能量的双向流动，从而系统具有有功输出和无功补偿能力。由S1和D6、S2和D5、或S3和D8、S4和D7分别构成的同一个逆变桥臂、或变换器桥臂中，内部仅由功率开关管和功率二极管串联连接、而不存在开关管直接串联，这种方式可消除开关直通风险、提高工作可靠性。半桥逆变电路的功率开关管和功率二极管均为半个工频周期工作，并在半个工频周期内高频开关工作，且双向Buck-Boost变换器的功率开关管和功率二极管根据C5、C3端电压状况分别工作，另外功率回路只有一个功率管开通，从而降低功率损耗、提高转换效率，同时降低功率器件热应力、进一步提高工作可靠性。功率开关管开通或关断指令来自于控制电路或MCU（微控制器），半桥逆变电路采用单极性SPWM调制从而进一步提高转换效率。
本实用新型负极接地DC/AC模块的实施例2的结构如图2所示，为图1所示的实施例1的进一步简化，去掉了功率二极管D5、D6、D7和D8。
双向Buck-Boost变换器包括功率开关管S3和S4，储能电感L2。
逆变桥包括功率开关管S1和S2。
交流输出滤波电路包括交流滤波电感L1和交流滤波电容C4。
D1、D2、D3和D4分别为S1、S2、S3和S4的体二极管。
本实施例对外具有a、b、c端口，a端是DC/AC模块直流输入端的负极，b端是DC/AC模块直流输入端的正极，c端是DC/AC模块的交流输出的第一端，d端为逆变桥臂的中点。
当C5端电压大于C3端电压时，此时S3开通、而S4关断，C5通过S3给L2充电；S3关断时，存储在L2的能量通过D4给C3充电。反之C5端电压小于C3端电压时，此时S4开通、而S3关断，C3通过S4给L2充电；S4关断时，存储在L2的能量通过D3给C5充电。从而通过不断的高频开关工作过程，最终实现C5、C3端电压等电位，这也是半桥逆变电路有效工作的前提条件，最终可实现半桥逆变电路注入负载或交流电网更小的直流电流分量。交流输出正弦波正半周时，此时S1开通、而S2关断，C5通过S1并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S1关断时，存储在L1上的能量通过C3、S2的体二极管D2实现续流。交流输出正弦波负半周时，S1关断而S2开通，C3通过S2并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S2关断时，存储在L1的能量通过C5、S1的体二极管D1实现续流。
由前述可见，功率开关管全部为高频工作而可使用MOSFET，开关频率较低时也可使用IGBT。同时，由于功率开关管及其体二极管的双向导电性，明显地这个DC/AC模块可实现能量的双向流动，从而系统具有有功输出和无功补偿能力。半桥逆变电路的功率开关管和功率二极管均为半个工频周期工作，并在半个工频周期内高频开关工作，且双向Buck-Boost变换器的功率开关管根据C5、C3端电压状况分别工作，另外功率回路只有一个功率管开通，从而降低功率损耗、提高转换效率，同时降低功率器件热应力、提高工作可靠性。功率开关管开通或关断指令来自于控制电路或MCU（微控制器），半桥逆变电路采用单极性SPWM调制从而进一步提高转换效率。
本实用新型正极接地DC/AC模块的实施例1的结构如图而所示，同样采用了双向Buck-Boost变换器和高频开关电路无死区技术。
其中，C5为直流母线电容，C3为储能电容。
双向Buck-Boost变换器包括功率开关管S3和S4，功率二极管D7和D8、储能电感L2和L4。
逆变桥包括功率开关管S1和S2，功率二极管D5和D6。
交流输出滤波电路包括交流滤波电感L1和L3，交流滤波电容C4。
D1、D2、D3和D4分别为S1、S2、S3和S4的体二极管。
本实施例对外具有a、b、c端口，a端是DC/AC模块直流输入端的负极，b端是DC/AC模块直流输入端的正极，c端是DC/AC模块的交流输出的第一端，d端和e端分别为逆变桥臂的中点。
当C5端电压大于C3端电压时，此时S4开通、而S3关断，C5通过S4给L4充电；S4关断时，存储在L4的能量通过D7给C3充电；反之C5端电压小于C3端电压时，此时S3开通、而S4关断，C3通过S3给L2充电；S3关断时，存储在L2的能量通过D8给C5充电。从而通过不断的高频开关工作过程，最终实现C5、C3端电压等电位，这也是半桥逆变电路有效工作的前提条件，最终可实现半桥逆变电路注入负载或交流电网更小的直流电流分量。交流输出正弦波正半周时，此时S1开通、而S2关断，C3通过S1并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S1关断时，存储在L1上的能量通过C5、D6实现续流。交流输出正弦波负半周时，S1关断而S2开通，C5通过S2并经过L3、C4滤波而实现交流逆变输出；S2关断时，存储在L3的能量通过C3、D5实现续流。
由前述可见，功率开关管全部为高频工作而可使用MOSFET，开关频率较低时也可使用IGBT，功率二极管也全部为高频工作而可采用快恢复或SiC（碳化硅）等类型。同时，由于功率开关管及其体二极管的双向导电性，明显地这个DC/AC模块可实现能量的双向流动，从而系统具有有功输出和无功补偿能力。由S1和D6、S2和D5、或S3和D8、S4和D7分别构成的同一个逆变桥臂、或变换器桥臂中，内部仅由功率开关管和功率二极管串联连接、而不存在开关管直接串联，这种方式可消除开关直通风险、提高工作可靠性。半桥逆变电路的功率开关管和功率二极管均为半个工频周期工作，并在半个工频周期内高频开关工作，且双向Buck-Boost变换器的功率开关管和功率二极管根据C5、C3端电压状况分别工作，另外功率回路只有一个功率管开通，从而降低功率损耗、提高转换效率，同时降低功率器件热应力、进一步提高工作可靠性。功率开关管开通或关断指令来自于控制电路或MCU（微控制器），半桥逆变电路采用单极性SPWM调制从而进一步提高转换效率。
本实用新型正极接地DC/AC模块的实施例2的结构如图4所示，为图3所示的实施例1的进一步简化，去掉了功率二极管D5、D6、D7和D8。
双向Buck-Boost变换器包括功率开关管S3和S4，储能电感L2。
逆变桥包括功率开关管S1和S2。
交流输出滤波电路包括交流滤波电感L1和交流滤波电容C4。
D1、D2、D3和D4分别为S1、S2、S3和S4的体二极管。
本实施例对外具有a、b、c端口，a端是DC/AC模块直流输入端的负极，b端是DC/AC模块直流输入端的正极，c端是DC/AC模块的交流输出的第一端，d端为逆变桥臂的中点。
当C5端电压大于C3端电压时，此时S4开通、而S3关断，C5通过S4给L2充电；S4关断时，存储在L2的能量通过D3给C3充电；反之C5端电压小于C3端电压时，此时S3开通、而S4关断，C3通过S3给L2充电；S3关断时，存储在L2的能量通过D4给C5充电。从而通过不断的高频开关工作过程，最终实现C5、C3端电压等电位，这也是半桥逆变电路有效工作的前提条件，最终可实现半桥逆变电路注入负载或交流电网更小的直流电流分量。交流输出正弦波正半周时，此时S1开通、而S2关断，C3通过S1并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S1关断时，存储在L1上的能量通过C5、D2实现续流。交流输出正弦波负半周时，S1关断而S2开通，C5通过S2并经过L1、C4滤波而实现交流逆变输出；S2关断时，存储在L1的能量通过C3、D1实现续流。
由前述可见，功率开关管全部为高频工作而可使用MOSFET，开关频率较低时也可使用IGBT，功率二极管也全部为高频工作而可采用快恢复或SiC（碳化硅）等类型。同时，由于功率开关管及其体二极管的双向导电性，明显地这个DC/AC模块可实现能量的双向流动，从而系统具有有功输出和无功补偿能力。半桥逆变电路的功率开关管和功率二极管均为半个工频周期工作，并在半个工频周期内高频开关工作，且双向Buck-Boost变换器的功率开关管和功率二极管根据C5、C3端电压状况分别工作，另外功率回路只有一个功率管开通，从而降低功率损耗、提高转换效率，同时降低功率器件热应力、进一步提高工作可靠性。功率开关管开通或关断指令来自于控制电路或MCU（微控制器），半桥逆变电路采用单极性SPWM调制从而进一步提高转换效率。
Claims (6)
1.一种光伏发电系统的DC/AC模块，包括直流输入端、交流输出端、直流母线电容、逆变桥和交流输出滤波电路，直流母线电容接在直流输入端的正极与负极之间，交流输出滤波电路接在逆变桥与交流输出端之间，其特征在于，包括用于交流输出第二半周向逆变桥供电的储能电容和用于直流母线电容对储能电容充电、使储能电容与直流母线电容实现等电位的双向Buck-Boost变换器，Buck-Boost变换器的输入端接所述的直流输入端，输出端接储能电容；储能电容与直流母线电容组成串联电路，储能电容的一端和DC/AC模块交流输出的接地端分别接DC/AC模块直流输入的接地端；逆变桥输入端的正极接所述串联电路的正极，负极接所述串联电路的负极。
2.根据权利要求1所述的DC/AC模块，其特征在于，双向Buck-Boost变换器包括第三开关管、第四开关管、第七二极管、第八二极管、第二储能电感和第四储能电感；第三开关管的高电位端接第七二极管的阴极和所述串联电路的正极，低电位端接第八二极管的阴极和第二储能电感的第一端；第四开关管的高电位端接第七二极管的阳极和第四储能电感的第一端，低电位端接第八二极管的阳极和所述串联电路的负极；第二储能电感的第二端作为DC/AC模块的直流输入的接地端，接第四储能电感的第二端和DC/AC模块交流输出的第二端。
3.根据权利要求1所述的DC/AC模块，其特征在于，逆变桥包括第一开关管、第二开关管、第五二极管和第六二极管，交流输出滤波电路包括第一交流滤波电感、第三交流滤波电感和第一交流滤波电容；第一开关管的高电位端接第五二极管的阴极和所述串联电路的正极，低电位端接第六二极管的阴极和第一交流滤波电感的第一端；第二开关管的高电位端接第五二极管的阳极和第三交流滤波电感的第一端，低电位端接第六二极管的阳极和所述串联电路的正极；第一交流滤波电感的第二端作为DC/AC模块的第二交流输出端，接第三交流滤波电感的第二端；第一交流滤波电容接在DC/AC模块交流输出的第一端与交流输出的第二端之间。
4.根据权利要求1所述的DC/AC模块，其特征在于，双向Buck-Boost变换器包括第十三开关管、第十四开关管和第十二储能电感；第十三开关管的高电位端接所述串联电路的正极，低电位端接第十二储能电感的第十一端；第十四开关管的高电位端接第十四储能电感的第一端，低电位端接所述串联电路的负极；第十二储能电感的第二端作为DC/AC模块的直流输入的接地端，接DC/AC模块交流输出的第二端。
5.根据权利要求1所述的DC/AC模块，其特征在于，逆变桥包括第十一开关管和第十二开关管，交流输出滤波电路包括第十一交流滤波电感和第十一交流滤波电容；第十一开关管的高电位端接所述串联电路的正极，低电位端接和第十一交流滤波电感的第一端和第十二开关管的高电位端，第十二开关管的低电位端接所述串联电路的正极；第十一交流滤波电感的第二端是DC/AC模块交流输出的第一端，第十一交流滤波电容接在DC/AC模块交流输出的第一端与交流输出的第二端之间。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的DC/AC模块，其特征在于，对于负极接地的DC/AC模块，所述串联电路的正极是直流母线电容的正极，所述串联电路的负极是储能电容的负极，直流母线电容的负极和储能电容的正极接DC/AC模块交流输出的接地端和DC/AC模块直流输入的接地端；对于正极接地的DC/AC模块，所述串联电路的负极是直流母线电容的负极，所述串联电路的正极是储能电容的正极，直流母线电容的正极和储能电容的负极接DC/AC模块交流输出的接地端和DC/AC模块直流输入的接地端。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180803 Termination date: 20200124 |