CN211508637U - 高效率模块组合式光伏逆变器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高效率模块组合式光伏逆变器，包括n个DC/DC变换电路、n个功率子模块、1个DC/AC变换电路三个部分；n个DC/DC变换电路的输入与n个光伏组件相接，输出与n个PSM相接；n个PSM串联后接入到DC/AC变换电路的输入极；DC/AC变换电路的输出为交流电网或负载。本实用新型利用模块组合叠加形成多电平实现高电压输出，又兼顾每个光伏组件有独立的MPPT控制，克服光伏组件特性差异化及局部阴影造成的组串式、阵列式逆变器输出功率降低的缺点，使得系统发电效率更高；成本较低，输出端只用了一个DC/AC电路，进行工频翻转变换即可将功率流集中逆变，多个组件共用逆变电路，节约并网环节成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏领域，特别是涉及一种高效率模块组合式光伏逆变器。
背景技术
太阳能作为最清洁的能源近年得到了广泛应用，光电转换最常见的方式就是光伏发电，而单个光伏组件的开路电压为30V—50V左右的低电压，很多的拓扑结构被提出用来实现低电压并网的要求。
公告号为CN202406054U的专利公开了一种光伏逆变器主拓扑电路，所述电路将传统的三相全桥逆变器应用在光伏并网系统中，该电路虽然在结构上具有明显优势，但是为了配合该结构需要将大量的光伏组件串联升压，汇聚较高的直流母线电压作为逆变器的输入极，这样会因为光伏组件输出特性不一致，造成本身发电的光伏组件又变成负载，消耗发电功率，大大降低了并网效率。
公告号为CN204334377U的专利公开了一种基于反激变压器的微型光伏逆变器，能够很好地改善并网电流的畸变，但是所述的微型逆变器拓扑结构复杂，每一个光伏组件输出需要一套独立的升压电路、并网电路和控制电路，成本较高，不利于工程应用。
串联升压是获取高电压技术手段中最简单、最廉价的方法，然而单纯的串联光伏组件损失了发电效益，因此亟需提供一种新型的光伏逆变器来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高效率模块组合式光伏逆变器，能够低成本获得高效率的光伏组件输出，尤其在局部阴影、组件老化、功率失配的情况下具有明显优势。
本发明人考虑现有拓扑方案中的优缺点，结合专业技术积累，将“模块化”的思想引入光伏组件串联电路中，经过大量的仿真、试验验证，该电路结构可以实现较高地输出效率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种高效率模块组合式光伏逆变器，主要包括n个DC/DC变换电路、n个功率子模块、1个DC/AC变换电路，每个DC/DC变换电路的输入端与一个光伏组件连接、输出端与一个功率子模块连接，n个功率子模块依次串联后接入到DC/AC变换电路的输入极，DC/AC变换电路的输出为交流电网或负载。
在本实用新型一个较佳实施例中，所述功率子模块由两个IGBT管T2、T3及其反并联二极管D2、D3和一个电容C构成；PSM中T2的集电极连接DC/DC变换电路的正极，T3的发射极连接DC/DC变换电路的负极。
进一步的，第一个功率子模块中T2的发射极接入DC/AC变换电路的正极；第i个功率子模块中T2的发射极与第(i-1)个功率子模块中T3的发射极连接，i＝2,3…n-1；第n个功率子模块中T3的发射极接入DC/AC变换电路的负极。
更进一步的，n为偶数，n的选取依据DC/AC模块的电压和PSM中IGBT管的耐压。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型提出一种高效率模块组合式光伏逆变器，结合光伏输出电压低和多电平变换器可以进行电平叠加的特点，每个光伏组件有独立的MPPT控制，克服光伏组件特性差异化及局部阴影造成的组串式、阵列式逆变器输出效率低的缺点，使得系统发电效率更高；
(2)PSM采用载波移相调制，n个PSM输出进行电平叠加组合，通过DC/AC电路输出正弦交流电压为(2n+1)个电平，等效开关频率高，输出更接近正弦波；
(3)n个DC/DC电路、n个PSM模块可以选用低耐压功率器件，成本较低；输出端只用了一个DC/AC电路，进行工频翻转变换即可将功率流集中逆变，简化控制方式；
(4)由于模块组合式的结构设计，可以实现每一路的光伏组件、DC/DC、PSM独立控制，实现最大功率输出，因此对光伏组件的一致性要求不高，光伏组件可以选择不同的厂家、效率、功率，组件具有较强的可替换性，给废旧组件发电提供一种电路结构；
(5)DC/DC、PSM电路模块组合式的结构设计能够实现冗余控制，对提高逆变器的可靠性具有显著优势，在复杂和高性能场合具有特殊的应用价值。
附图说明
图1是本实用新型高效率模块组合式光伏逆变器的拓扑结构示意图；
图2是所述DC/DC变换电路、功率子模块、DC/AC变换电路的电路图；
图3是所述DC/AC变换电路的驱动信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本实用新型实施例包括：
一种高效率模块组合式光伏逆变器，主要包括n个DC/DC变换电路、n个功率子模块、1个DC/AC变换电路。每个DC/DC变换电路的输入端与一个光伏组件连接、输出端与一个功率子模块(PSM)连接，n个功率子模块依次串联后接入到DC/AC变换电路的输入极，首尾分别接入DC/AC变换电路的正负极，组合成完整回路，DC/AC变换电路的输出为交流电网或负载。
结合图2，(a)为DC/DC变换电路(MMPT)、(b)为半桥功率子模块、(c)为DC/AC变换电路。所述PSM由两个IGBT管T2、T3及其反并联二极管D2、D3和一个电容C构成，各元器件的连接关系如图2(b)所示，PSM中T2的集电极连接DC/DC变换电路的正极，T3的发射极接DC/DC变换电路的负极。
如图1所示，第一个PSM中T2的发射极接入DC/AC变换电路的正极；第i个PSM中T2的发射极与第(i-1)个PSM中T3的发射极连接，i＝2,3…n-1；第n个功率子模块中T3的发射极接入DC/AC变换电路的负极。
进一步的，所述n为偶数，在经过DC/AC变换电路处理及未滤波之前，逆变器输出正弦波为(2n+1)个电平数；n的选取需考虑DC/AC模块的电压和PSM中IGBT管的耐压。
所述高效率模块组合式光伏逆变器拓扑结构的控制方法包括：
第一种：所述DC/DC变换电路采用电导增量法控制boost变换器，实现光伏组件的MPPT；
所述PSM采用载波移相调制法控制电容电压平衡，调制波与三角载波比较生成PWM信号控制PSM中的开关管T2、T3，通过调节PSM中开关管的占空比实现对功率子模块电容电压的控制；
所述DC/AC逆变电路控制方法为：DC/AC只做工频翻转，在输出交流过零点时候改变导通方式，在输出正弦波正半周期导通T4、T7，在负半周期导通T5、T6，驱动波形如图3所示。
第二种：所述DC/DC变换电路采用扰动观察法实现光伏板的最大功率跟踪(MPPT)；
在功率子模块数目足够多时亦可使用排序法实现PSM中电容电压平衡，并能很好地控制DC/AC输出端的谐波；
所述DC/AC逆变电路控制方法为：DC/AC只做工频翻转，在输出交流过零点时候改变导通方式，在输出正弦波正半周期导通T4、T7，在负半周期导通T5、T6，驱动波形如图3所示。
本实用新型利用模块组合叠加形成多电平实现高电压输出，又兼顾每个光伏组件有独立的MPPT控制，克服光伏组件特性差异化及局部阴影造成的组串式、阵列式逆变器输出功率降低的缺点，使得系统发电效率更高。n个DC/DC变换电路、n个PSM模块可以选用低耐压功率器件，成本较低；输出端只用了一个DC/AC变换电路，进行工频翻转变换即可将功率流集中逆变，多个组件共用逆变电路，节约并网环节成本。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种高效率模块组合式光伏逆变器，其特征在于，主要包括n个DC/DC变换电路、n个功率子模块、1个DC/AC变换电路，每个DC/DC变换电路的输入端与一个光伏组件连接、输出端与一个功率子模块连接，n个功率子模块依次串联后接入到DC/AC变换电路的输入极，DC/AC变换电路的输出为交流电网或负载。
2.根据权利要求1所述的高效率模块组合式光伏逆变器，其特征在于，所述功率子模块由两个IGBT管T2、T3及其反并联二极管D2、D3和一个电容C构成；PSM中T2的集电极连接DC/DC变换电路的正极，T3的发射极连接DC/DC变换电路的负极。
3.根据权利要求2所述的高效率模块组合式光伏逆变器，其特征在于，第一个功率子模块中T2的发射极接入DC/AC变换电路的正极；第i个功率子模块中T2的发射极与第(i-1)个功率子模块中T3的发射极连接，i＝2,3…n-1；第n个功率子模块中T3的发射极接入DC/AC变换电路的负极。
4.根据权利要求1或3所述的高效率模块组合式光伏逆变器，其特征在于，n为偶数，n的选取依据DC/AC模块的电压和PSM中IGBT管的耐压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020453423.XU CN211508637U (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 高效率模块组合式光伏逆变器 |
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Publications (1)
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| CN211508637U true CN211508637U (zh) | 2020-09-15 |
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ID=72403569
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| CN (1) | CN211508637U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111313472A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-06-19 | 国网安徽省电力有限公司六安供电公司 | 高效率模块组合式光伏逆变器 |
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2020
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