基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特點(diǎn)是，它包括至少一個正向高頻N-cell橋臂、至少一個反向高頻N-cell橋臂和兩個工頻P-cell橋臂并聯(lián)，每個正向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源正極輸出端，每個反向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源負(fù)極輸出端，電流正半波工作的電感互為耦合電感，電流負(fù)半波工作的電感互為耦合電感。每個正、反向高頻N-cell橋臂均由二極管和高頻開關(guān)串聯(lián)組成。所述的工頻P-cell橋臂由二極管和工頻開關(guān)串聯(lián)組成。可任意在光伏模式和儲能模式間切換，其體積小，能夠避免直通問題和有效的抑制電流泄露，提高系統(tǒng)頻率，實(shí)現(xiàn)功率雙向控制，且易擴(kuò)大容量。
【專利說明】基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電逆變技術(shù)，是一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源短缺問題的日益嚴(yán)重，能源問題已經(jīng)成為二十一世紀(jì)人類面臨的重大基本問題，清潔的可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用越來越受到世界各國的廣泛關(guān)注。近年來，光伏發(fā)電技術(shù)得到了持續(xù)的發(fā)展，光伏并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為利用太陽能的主要方式之一。而無變壓器式光伏逆變器以它的體積小、重量輕、效率高越來越受到全世界的追捧，出現(xiàn)了很多無變壓器式逆變器結(jié)構(gòu)。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有的典型橋臂結(jié)構(gòu)為電力電子電路基本結(jié)構(gòu)單元P-cell橋臂和N-cell橋臂，這兩種橋臂均由一個全控開關(guān)和不控開關(guān)構(gòu)成，電流方向流出為P-cell橋臂，方向流入為N-cell橋臂。目前利用的較多的無變壓器式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)H橋、德國SMA公司提出的H5結(jié)構(gòu)、德國SUNWAYS公司提出的HERIC結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)有的這些結(jié)構(gòu)存在的問題:1、直通問題，需要設(shè)置死區(qū)時間，降低了系統(tǒng)效率；2、電流波紋較大，所需電感的電感值和體積都較大；3、不能完全使用高頻開關(guān)，系統(tǒng)頻率得不到提高；4、電路不能實(shí)現(xiàn)功率雙向控制；5、電路不能簡單的擴(kuò)大容量；6、電路不能很好的工作在DCM狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于高頻橋臂和逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為一體的雙向光伏逆變器，其體積小，能夠避免直通問題和有效的抑制電流泄露，提高系統(tǒng)頻率，實(shí)現(xiàn)功率雙向控制，且易擴(kuò)大容量。
[0005]本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，它包括至少一個正向高頻N-cell橋臂、至少一個反向高頻N-cell橋臂和兩個工頻P-cell橋臂并聯(lián)，每個正向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源正極輸出端，每個反向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源負(fù)極輸出端。
[0006]所述的每個正向高頻N-cell橋臂和每個反向高頻N-cell橋臂均由二極管和可控開關(guān)串聯(lián)組成。
[0007]所述的可控開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
[0008]所述的工頻P-cell橋臂由二極管和工頻開關(guān)串聯(lián)組成。
[0009]所述的工頻開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
[0010]本發(fā)明的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，由于采用P-Cell和N-Cell基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，各個高頻開關(guān)采取移相調(diào)制，達(dá)到減小電流波紋、減小電感體積、減小開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率，同時還可以擴(kuò)大容量；逆變器有兩種工作模式，分別是光伏模式，即逆變模式和儲能模式，即整流模式，工頻P-cell橋臂的工頻開關(guān)控制逆變電路工作在電壓正半波還是電壓負(fù)半波；高頻N-cell橋臂的高頻開關(guān)為兩兩交錯調(diào)制，可以減小總電流波紋大小。其體積小，能夠避免直通問題和有效的抑制電流泄露，提高系統(tǒng)頻率，實(shí)現(xiàn)功率雙向控制，且易擴(kuò)大容量，同時電路還能很好的工作在DCM狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的單元p-cell橋臂和N-cell橋臂結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的P-Cell橋臂和高頻N-Cell橋臂結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的雙向光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3中光伏模式下第一種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖3中光伏模式下第二種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖3中光伏模式下第三種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為圖3中光伏模式下第四種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為圖3中儲能模式下第一種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為圖3中儲能模式下第二種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為圖3中儲能模式下第三種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為圖3中儲能模式下第四種工作狀態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]本發(fā)明的基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器包括至少一個正向高頻N-cell橋臂、至少一個反向高頻N-cell橋臂和兩個工頻P-cell橋臂并聯(lián)，每個正向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源正極輸出端，每個反向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源負(fù)極輸出端。每個正向高頻N-cell橋臂和每個反向高頻N-cell橋臂均由二極管和可控開關(guān)串聯(lián)組成?？煽亻_關(guān)采用高頻快速性能好的全控開關(guān)，如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)等，可避免反并聯(lián)體二極管導(dǎo)通。工頻P-cell橋臂由二極管和工頻開關(guān)串聯(lián)組成。工頻開關(guān)采用無并聯(lián)反向二極管的普通全控開關(guān)，如無反向二極管的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等。
[0014]參照圖2和圖3，工頻P-cell橋臂和高頻N_cell橋臂，同方向各個橋臂上的電感采用耦合電感技術(shù)進(jìn)行集中設(shè)計。高頻N-cell橋臂采用了高頻快速性能好的全控開關(guān)，每個開關(guān)采用載波移相技術(shù)調(diào)制，錯開360° /n(n為橋臂數(shù)量)角度導(dǎo)通，這樣可以減小開關(guān)損耗，降低電流波紋，提高系統(tǒng)頻率，大幅度提高了效率，高頻N-cell橋臂可以通過不斷增加基本橋臂的方式來不斷擴(kuò)大系統(tǒng)容量，使系統(tǒng)帶有擴(kuò)容功能。除此之外，采用高頻N-cell橋臂能使電路工作在DCM狀態(tài)，又能大幅度降低開關(guān)損耗，而由于高頻N-cell橋臂錯開導(dǎo)通，總電流仍然是連續(xù)的，大大提高了系統(tǒng)效率。
[0015]參照圖3，本發(fā)明的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器為新型雙向光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用了高頻橋臂可以很好地實(shí)現(xiàn)高頻橋臂的功能。同時該逆變器結(jié)構(gòu)具有雙向功能，既可以工作在PV模式，即光伏模式，具有逆變功能，也可以工作在儲能模式，具有整流功能。逆變器結(jié)構(gòu)由兩個高頻P-cell橋臂和若干個高頻N-cell橋臂并聯(lián)而成。如圖3，結(jié)構(gòu)左側(cè)為直流側(cè)，連接光伏電池板和MPPT模塊，右側(cè)為交流側(cè)，與大電網(wǎng)連接。P-cell橋臂全控開關(guān)采用無并聯(lián)反向二極管的普通全控開關(guān)，如無反向二極管的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT )等，主要控制電路工作在正半波還是負(fù)半波，當(dāng)Spf導(dǎo)通Snf關(guān)斷時，電路工作在PV模式下的正半波，反之則工作在PV模式下的負(fù)半波。當(dāng)Spf和Snf都不工作時，電流流經(jīng)二極管，此時電路工作在儲能模式。電路中的N-cell橋臂是高頻橋臂，采用高頻快速性能好的全控開關(guān)，如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)等，可避免反并聯(lián)體二極管導(dǎo)通，Spf導(dǎo)通時，Spl，Sp2……Spn交錯導(dǎo)通，共同工作在電流正半波，Snf導(dǎo)通時，Snl，Sn2……Snn交錯導(dǎo)通，共同工作在電流負(fù)半波。N-cell橋臂中的二極管的作用是續(xù)流，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時給電感充放電提供通道。高頻開關(guān)采用的是PWM調(diào)制和載波移相調(diào)制技術(shù)，導(dǎo)通錯開角為360° /n，其中:n為橋臂數(shù)量，加上耦合電感的作用，可以輸出完美的正弦波。
[0016]參照圖3中的分解圖4-圖7，是以四個N-cell橋臂表示了本發(fā)明工作在PV模式下的四種狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)分解圖4-圖7就能夠明顯的熟知在PV模式下的四種工作狀態(tài)。
[0017] 參照圖3中的分解圖8-圖11，是以四個N-cell橋臂表示了本發(fā)明工作在儲能模式下的四種狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)分解圖8-圖11就能夠明顯的熟知在儲能模式下的四種工作狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，它包括至少一個正向高頻N-Cell橋臂、至少一個反向高頻N-cell橋臂和兩個工頻P-cell橋臂并聯(lián)，每個正向高頻N_cell橋臂均連接一個電感作為電源正極輸出端，每個反向高頻N-cell橋臂均連接一個電感作為電源負(fù)極輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，所述的每個正向高頻N-cell橋臂和每個反向高頻N-cell橋臂均由二極管和可控開關(guān)串聯(lián)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，所述的可控開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，所述的工頻P-cell橋臂由二極管和普通可控開關(guān)串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于高頻橋臂的雙向光伏逆變器，其特征是，所述的普通可控開關(guān)為絕緣柵雙極型晶體管。
【文檔編號】H02M7/5387GK103997246SQ201410191498
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】劉闖, 蔡國偉, 王一旭 申請人:東北電力大學(xué)