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基于三相多分裂變壓器的chb級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路的制作方法

文檔序號(hào):7282756閱讀:229來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:基于三相多分裂變壓器的chb級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,尤其涉及一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路。
背景技術(shù)
目前,大功率光伏電站運(yùn)行的逆變裝置大都采用兩電平三相半橋逆變拓?fù)?,輸出接隔離變壓器的電路結(jié)構(gòu)。兩電平三相半橋逆變拓?fù)浜?jiǎn)單,易于控制,但存在以下缺點(diǎn)1.輸出兩電平的諧波含量高,需要LC或LCL濾波器,增大了逆變裝置的體積和重量,效率比多電平逆變器低,并會(huì)出現(xiàn)LC諧振的現(xiàn)象。2.大功率光伏組件占地面積大,采用一個(gè)MPPT控制,組件供電不匹配對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率的影響大。3.輸出功率超過(guò)500kVA時(shí),IGBT并聯(lián)的個(gè)數(shù)較多,需解決均流、散熱等技術(shù)問(wèn)題。4.太陽(yáng)組件的絕緣電壓提高后,關(guān)鍵器件IGBT、母線電容的耐壓值隨之提高,導(dǎo)致成本大幅度提高。為解決兩電平拓?fù)涞墓逃腥毕?,多電平逆變器在高壓、大功率?chǎng)合的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注,其多電平疊加的電路拓?fù)?,有利于減少諧波含量,極大的減小了所需濾波器件的體積重量。多電平逆變器的電路拓?fù)淇煞譃槎O管箝位型、飛跨電容型以及具有獨(dú)立直流電壓源的CHB (Cascaded H-Bridge級(jí)聯(lián)H橋)級(jí)聯(lián)型。第三種CHB級(jí)聯(lián)型逆變拓?fù)洳恍枰皟煞N電路所需的箝位二極管和飛跨電容,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于模塊化。CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)淇蓱?yīng)用在大功率光伏行業(yè),具有多路獨(dú)立MPPT算法最優(yōu)化,可最大程度減小組件供電不匹配造成的影響,提高光伏電站整體的發(fā)電效率;多電平疊加拓?fù)浼癝PWM調(diào)試方式可成倍的降低系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率,使輸出諧波含量小,無(wú)需LC濾波器,消除存在于大功率光伏系統(tǒng)的LC諧振現(xiàn)象;輸出可直接接入中壓電網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。采用CHB級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)涞墓夥孀兤?,在電站運(yùn)行的主要局限在于太陽(yáng)能組件、線纜及真空開(kāi)關(guān)等器件的對(duì)地絕緣電壓為1000V,無(wú)法滿足CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器輸入高壓的應(yīng)用條件。大幅度的提升系統(tǒng)絕緣等級(jí)需要的成本較高,且研發(fā)生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。為解決以上技術(shù)瓶頸,將CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái),發(fā)明了一種采用三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,克服現(xiàn)有技術(shù)CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)湓陔娬具\(yùn)行,光伏組件、線纜及真空開(kāi)關(guān)等器件對(duì)地絕緣耐壓為1000V的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元,所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線,所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線與多路獨(dú)立的光伏組件分別連接,所述每個(gè)逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf,其感值較小,可由三相分裂變壓器的漏感代替,所述每個(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,將?dú)立直流母線轉(zhuǎn)換為方波后,由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波,該正弦波接入所述三相多分裂變壓器,通過(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)將獨(dú)立直流母線轉(zhuǎn)換為方波。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述載波移相的角度與H橋的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)η有關(guān),η個(gè)H橋的左橋臂的三角波載波依次滯后(31/η)° ,右橋臂的三角波載波應(yīng)超前左橋臂180°,每相左、右橋臂采用同一正弦波進(jìn)行調(diào)制,對(duì)于三相正弦,每相正弦調(diào)制波依次滯后120°。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架,所述線圈為三相,每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組,每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈,所述一次繞組與高壓控制端連接,所述二次繞組與所述逆變單元連接,所述穩(wěn)定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點(diǎn)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述一次繞組為多層層式或餅式繞組,軸向分裂為多個(gè)部分,各部分繞組串聯(lián)連接,三相采用星形連接。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述二次繞組為軸向分裂為多個(gè)輸入線圈。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述穩(wěn)定繞組的繞組線圈采用三角形接法。本發(fā)明的技術(shù)效果是:構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元,所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線,所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨(dú)立的光伏組件,所述每個(gè)逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf,所述每個(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,將?dú)立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后,由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波,該正弦波接入所述三相多分裂變壓器,通過(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓,通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái),可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出,使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值,避免了 IGBT的并聯(lián)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的三相三分裂變壓器的接線原理圖。圖3為本發(fā)明的三相三分裂變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示,本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是:構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元,所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線,所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨(dú)立的光伏組件,所述每個(gè)逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf,所述每個(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,將?dú)立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后,由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波,該正弦波接入所述三相多分裂變壓器,通過(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。如圖1所示,本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程是:本發(fā)明基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,由一個(gè)三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元組成。多路獨(dú)立的光伏組件作為三相k個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線。圖中所示,一路光伏組件構(gòu)成a相CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSal-VBUSak,一路光伏組件構(gòu)成b相CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSbl-VBUSbk、一路光伏組件構(gòu)成C相CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSc;1-VBUSc;k。每個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù),將獨(dú)立的直流母線斬成方波。每個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元通過(guò)一個(gè)感值較小的濾波電感Lf,連接到所述三相多分裂變壓器,將方波濾成含有一定諧波分量的正弦波,即a相得到的電壓Val-Vak, b相得到的電壓Vbl- Vbk, c相得到的電壓Vcl-Vdt,均含有一定諧波分量的正弦波,通過(guò)磁耦合的方式將含有諧波的正弦波串聯(lián)疊加起來(lái),消除某些次數(shù)的諧波分量,得到質(zhì)量較好的三相正弦波,然后接入電網(wǎng)。

如圖2所示,為描述方便,以3個(gè)逆變單元串聯(lián)為例,闡述兆瓦級(jí)三相三分裂變壓器與7電平CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路的工作方式,每個(gè)逆變單元的輸出功率為lllkVA,其載波移相60°,載波頻率為1kHz,相電壓(Un-U13、U21-U23、U31-U33),有效值為220Vac。三相三分裂變壓器每相輸入連接三個(gè)獨(dú)立的7電平CHB級(jí)聯(lián)型逆變器,其輸出連接三相中壓電網(wǎng),每相輸出功率為333kVA,線電壓(UA、UB、UC)有效值為10kV。其升壓比為N,則有以下等式成立:
Ua=N (U11+ U12+U13)
Ub=N (U21+ U22+U23)
Uc=N (U31+ U32+U33)
疊加后的υΑ、UB、U。,可消除59次以下的諧波分量,再利用三相三分裂變壓器的穩(wěn)定線圈,可消除其中的零序諧波分量。另外,每個(gè)逆變模塊IGBT開(kāi)關(guān)管流過(guò)電流為三相半橋逆變拓?fù)涞?/9,可使用常規(guī)型號(hào),避免了 IGBT并聯(lián)。當(dāng)逆變單元的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)拓展為η個(gè),則可實(shí)現(xiàn)2η+1電平CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變拓?fù)?,采用三相η分裂變壓器。每個(gè)H橋的載波移相為(π/n) °,相應(yīng)的有以下等式成立:
Ua=N (U11+ U12+U13+…+Uln)
Ub=N (U21+ U22+U23+...+U2n)
Uc=N (U31+ U32+U33+…+U3n)
如圖3所示,本發(fā)明的三相多分裂變壓器,是一種50Hz的工頻變壓器,包括鐵芯、線圈和支撐架,線圈為三相,每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組,每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈。一次繞組為多層層式或餅式繞組,軸向分裂為多個(gè)部分,各部分繞組串聯(lián)連接,三相采用星形連接方式,引出四線與高壓控制柜相連。二次繞組為軸向分裂為多個(gè)輸入線圈,每個(gè)輸入線圈額定容量相等,沒(méi)有電氣聯(lián)系,僅有較弱的磁聯(lián)系,且各線圈之間有較大的阻抗,引出線與逆變器輸出相連。穩(wěn)定繞組線圈采用三角形(即“Λ”)接法,允許同相的三次諧波電流流過(guò),為一次線圈和二次線圈提供中性點(diǎn),穩(wěn)定繞組沒(méi)有引出線。本發(fā)明的技術(shù)效果是:構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元,所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線,所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨(dú)立的光伏組件,所述每個(gè)逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf,所述每個(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,將?dú)立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后,由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波,該正弦波接入所述三相多分裂變壓器,通過(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓,通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái),可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出,使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值,避免了 IGBT的并聯(lián)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換,都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元,所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線,所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線與多路獨(dú)立的光伏組件分別連接,所述每個(gè)逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf,所述每個(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)?,將?dú)立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后,由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波,該正弦波接入所述三相多分裂變壓器,通過(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái),所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架,所述線圈為三相,每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組,每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈,所述一次繞組與高壓控制端連接,所述二次繞組與所述逆變單元連接,所述穩(wěn)定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)將獨(dú)立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,所述載波移相的角度與H橋的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)η有關(guān),η個(gè)H橋的左橋臂的三角波載波依次滯后(π/n) ° 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,所述一次繞組為多層層式或餅式繞組,軸向分裂為多個(gè)部分,各部分繞組串聯(lián)連接,三相采用星形連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,所述二次繞組為軸向分裂為多個(gè)輸入線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,其特征在于,所述穩(wěn)定繞組的繞組線圈采用三角形接法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路,不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓,通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái),可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出,使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值,避免了IGBT的并聯(lián)。
文檔編號(hào)H02M5/10GK103078532SQ20131001831
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者谷宇, 邢浩江, 王毅, 張東來(lái), 吳斌, 張華 申請(qǐng)人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院
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