一種基于boost隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器。它包括太陽能光伏電池板、Boost升壓電路、高頻變壓器、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端，所述的太陽能光伏電池板、Boost升壓電路、高頻變壓器、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端依次連接，所述的太陽能光伏電池板與Boost升壓電路連接處設(shè)有第一電容，所述的太陽能光伏電池板與第一電容并聯(lián)。本實用新型的有益效果是：實現(xiàn)直流電壓的大變比變換，并入高壓直流電網(wǎng)，減輕高頻變壓器的升壓壓力，便于提到其工作效率，具有鐵心可雙向磁化、功率大等優(yōu)點，便于擴展系統(tǒng)容量；采用統(tǒng)一占空比同時控制多個模塊，可以實現(xiàn)輸出電壓的自均衡，降低了控制的難度，實現(xiàn)光伏發(fā)電對直流電網(wǎng)電壓等級的適應(yīng)。
【專利說明】—種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力電子相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著柔性直流輸電技術(shù)在國內(nèi)的急速發(fā)展，新能源發(fā)電項目并入直流電網(wǎng)的需求日益增多。針對應(yīng)用于高電壓等級直流電網(wǎng)的設(shè)備容量和電壓擴展問題，提出了基于模塊化結(jié)構(gòu)的IPOS的模塊連接方案，并確定了統(tǒng)一占空比的控制策略。
[0003]目前報道光伏發(fā)電直接以直流形式并入高壓直流電網(wǎng)的文獻較少，一般文獻討論了歐洲大型風電場并入直流電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)，離岸風電場全部采用基于MMC技術(shù)的換流閥實現(xiàn)AC-DC和DC-AC的能量變換，不滿足光伏發(fā)電的并網(wǎng)需求。其中，文獻還給出了光伏、生物質(zhì)發(fā)電、風能等可再生能源組成的直流微網(wǎng)的研究，但是整個直流網(wǎng)為340V(±170V)的低壓直流網(wǎng)絡(luò)，所用設(shè)備為基本的boost或Buck拓撲，無法實現(xiàn)直流電壓的大變比變換，并入高壓直流電網(wǎng)。
[0004]光伏發(fā)電作為利用太陽能發(fā)電的方式之一，近年來得到了持續(xù)快速的發(fā)展。電壓源高壓柔性直流輸電技術(shù)(VSC-HVDC)是國家電網(wǎng)未來重點研究的輸電技術(shù)，直流輸電技術(shù)逐漸在輸電網(wǎng)的較低電壓等級網(wǎng)絡(luò)得以應(yīng)用，與直流電網(wǎng)相結(jié)合的新型可再生能源并網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)逐漸成為研究熱點。未來可再生電能傳輸和管理(future renewable electricenergy delivery and management, FREEDM)網(wǎng)絡(luò)是環(huán)網(wǎng)電壓為1kV的基于大量電力電子設(shè)備的新型高壓微網(wǎng)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的不足，提供了一種實現(xiàn)直流電壓的大變比變換并入高壓直流電網(wǎng)的基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，包括太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端，所述的太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端依次連接，所述的太陽能光伏電池板PV與Boost升壓電路連接處設(shè)有第一電容Cl，所述的太陽能光伏電池板PV與第一電容Cl并聯(lián)。
[0008]其中=Boost升壓電路，能夠?qū)崿F(xiàn)部分升壓功能，減輕高頻變壓器T的升壓壓力，使得高頻變壓器T能夠便于提到其工作效率，而該BOOST隔離升壓拓撲具有鐵心可雙向磁化、功率大等優(yōu)點，便于擴展系統(tǒng)容量，這樣設(shè)計達到了實現(xiàn)直流電壓的大變比變換并入高壓直流電網(wǎng)的目的。
[0009]作為優(yōu)選，所述的Boost升壓電路包括第二電容C2、第一電感L、第一開關(guān)管S0、第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4，所述的第一電容Cl、第一電感L、第一開關(guān)管SO和第二電容C2依次串聯(lián)形成一個回路，所述的第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，所述的第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，所述第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的一端，所述第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的另一端。第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)組成了主動鉗位電路，用于控制由于高頻變壓器T漏感存在導致的開關(guān)管關(guān)斷時造成的電壓尖峰，減小開關(guān)管的電壓應(yīng)力。
[0010]作為優(yōu)選，所述第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處與高頻變壓器T的初級線圈的一端之間連接有第二電感LI。
[0011]作為優(yōu)選，所述整流電路的輸入端連接高頻變壓器T的次級線圈，所述的整流電路的輸出端并聯(lián)有第三電容CO，所述整流電路的輸出端通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。
[0012]作為優(yōu)選，所述的第三電容CO —端設(shè)有電阻R，所述的第三電容CO通過電阻R與直流電網(wǎng)輸入端連接。
[0013]作為優(yōu)選，所述Boost升壓電路的升壓比為1:2，所述高頻變壓器T的升壓比為1:5。
[0014]作為另一種優(yōu)選方案，所述的Boost升壓電路有若干個，所述高頻變壓器T和整流電路的的個數(shù)均與Boost升壓電路的個數(shù)相對應(yīng)，所述的每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T和整流電路依次連接，所述的每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T連接之后相互并聯(lián)，所述的每個整流電路之間依次串聯(lián)，所述的每個整流電路串聯(lián)之后通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。在此種連接拓撲下，采用統(tǒng)一占空比同時控制多個模塊，可以實現(xiàn)輸出電壓的自均衡，降低了控制的難度，實現(xiàn)光伏發(fā)電對直流電網(wǎng)電壓等級的適應(yīng)。
[0015]本實用新型的有益效果是:實現(xiàn)直流電壓的大變比變換，并入高壓直流電網(wǎng)，Boost升壓電路減輕高頻變壓器T的升壓壓力，使得高頻變壓器T能夠便于提到其工作效率，BOOST隔離升壓拓撲具有鐵心可雙向磁化、功率大等優(yōu)點，便于擴展系統(tǒng)容量；采用統(tǒng)一占空比同時控制多個模塊，可以實現(xiàn)輸出電壓的自均衡，降低了控制的難度，實現(xiàn)光伏發(fā)電對直流電網(wǎng)電壓等級的適應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是實施例一的控制時序圖；
[0019]圖4是實施例一在各個時序下的等效電路圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步的描述。
[0021]實施例一:如圖1所述的實施例中，一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，包括太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端，太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端依次連接，太陽能光伏電池板PV與Boost升壓電路連接處設(shè)有第一電容Cl，太陽能光伏電池板PV與第一電容Cl并聯(lián)，其中=Boost升壓電路的升壓比為1: 2，高頻變壓器T的升壓比為1:5。
[0022]Boost升壓電路包括第二電容C2、第一電感L、第一開關(guān)管SO、第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4，第一電容Cl、第一電感L、第一開關(guān)管SO和第二電容C2依次串聯(lián)形成一個回路，第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的一端，第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的另一端。
[0023]第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處與高頻變壓器T的初級線圈的一端之間連接有第二電感LI。整流電路的輸入端連接高頻變壓器T的次級線圈，整流電路的輸出端并聯(lián)有第三電容CO，整流電路的輸出端通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。其中:第三電容CO —端設(shè)有電阻R，第三電容CO通過電阻R與直流電網(wǎng)輸入端連接。
[0024]光伏發(fā)電系統(tǒng)有600V、800V、1000V系統(tǒng)三種典型的開路輸出電壓，以600V系統(tǒng)為例，其最大功率點輸出電壓為500V。假定直流電網(wǎng)電壓為10kV，則整個變流器的升壓比較大，為1:20。交流并網(wǎng)系統(tǒng)中變流器主要完成波形變換功能，升壓功能則由交流變壓器實現(xiàn)；與普通的光伏交流并網(wǎng)變流器不同，直流并網(wǎng)系統(tǒng)中升壓功能則主要由直流并網(wǎng)變流器實現(xiàn)。綜合考慮后選擇Boost隔離升壓拓撲作為直流并網(wǎng)變流器的主要拓撲結(jié)構(gòu)形式。由電路特點可知，穩(wěn)態(tài)工作時開關(guān)管占空比0.5〈D〈1，第二開關(guān)管S1、第五開關(guān)管S4觸發(fā)脈沖完全一致，第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3觸發(fā)脈沖相同，二者相位相差180°。如圖3所示給出了該變流器的控制時序圖；圖中假設(shè)系統(tǒng)目前處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，各個元器件皆為理想器件無損耗和寄生電容，變壓器無漏感，不考慮勵磁電感。如圖4所示給出了該變流器在、-丨4階段硬件電路的等效電路圖。其中:在[t^tj階段，第二開關(guān)管S1、第五開關(guān)管S4導通，第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3關(guān)閉，上一周期儲存在第一電感L中的能量經(jīng)高頻變壓器T釋放到二次側(cè)，經(jīng)整流電路整流后饋入輸出電容及直流電網(wǎng)中，第一電感L電流在這個過程中下降，對應(yīng)開關(guān)模態(tài)a;在[t1-t2]階段，第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S4全部導通，電路工作在Boost升壓電路的儲存能量階段，能量存入第一電感L中，第一電感L電流增加，設(shè)備并網(wǎng)端并網(wǎng)電流全部由第一電容Cl提供，對應(yīng)開關(guān)模態(tài)b;在[t2-t3]階段，第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3導通，第二開關(guān)管S1、第五開關(guān)管S4關(guān)閉，在上一階段第一電感L中儲存的能量釋放，電流經(jīng)高頻變壓器T饋向直流電網(wǎng)，這個過程與[h-tj階段共同實現(xiàn)了雙向磁化，避免了高頻變壓器T的磁飽和，對應(yīng)開關(guān)模態(tài)c ;在[t3_t4]階段，重復(fù)[1^-1:2]階段過程，對應(yīng)開關(guān)模態(tài)d。
[0025]實施例二:如圖2所述的實施例中，一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，包括太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端，太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端依次連接，太陽能光伏電池板PV與Boost升壓電路連接處設(shè)有第一電容Cl，太陽能光伏電池板PV與第一電容Cl并聯(lián)，其中=Boost升壓電路有若干個，高頻變壓器T和整流電路的的個數(shù)均與Boost升壓電路的個數(shù)相對應(yīng)，每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T和整流電路依次連接，每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T連接之后相互并聯(lián)，每個整流電路之間依次串聯(lián)，每個整流電路串聯(lián)之后通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接，Boost升壓電路的升壓比為1:2，高頻變壓器T的升壓比為1:5。
[0026]Boost升壓電路包括第二電容C2、第一電感L、第一開關(guān)管S0、第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4，第一電容Cl、第一電感L、第一開關(guān)管SO和第二電容C2依次串聯(lián)形成一個回路，第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的一端，第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的另一端。
[0027]第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處與高頻變壓器T的初級線圈的一端之間連接有第二電感LI。整流電路的輸入端連接高頻變壓器T的次級線圈，整流電路的輸出端并聯(lián)有第三電容CO，整流電路的輸出端通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。其中:第三電容CO —端設(shè)有電阻R，第三電容CO通過電阻R與直流電網(wǎng)輸入端連接。
[0028]隨著柔性直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，直流輸電電壓從1kV逐漸發(fā)展到±10kV、±15kV、±30kV、±320kV等。為了實現(xiàn)光伏發(fā)電對直流電網(wǎng)電壓等級的適應(yīng)。本實施例采用了兩個輸入的Boost升壓電路和高頻變壓器T串聯(lián)之后并聯(lián)、輸出的整流電路串聯(lián)的連接拓撲以實現(xiàn)輸出電壓的擴展，達到輸出更高電壓的目的。在此種連接拓撲下，采用統(tǒng)一占空比可以同時控制多個模塊，可以實現(xiàn)輸出電壓的自均衡，降低了控制的難度。其【具體實施方式】與實施例一中的【具體實施方式】基本一致。
【權(quán)利要求】
1.一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，包括太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端，所述的太陽能光伏電池板PV、Boost升壓電路、高頻變壓器T、整流電路和直流電網(wǎng)輸入端依次連接，所述的太陽能光伏電池板PV與Boost升壓電路連接處設(shè)有第一電容Cl，所述的太陽能光伏電池板PV與第一電容Cl并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述的Boost升壓電路包括第二電容C2、第一電感L、第一開關(guān)管SO、第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4，所述的第一電容Cl、第一電感L、第一開關(guān)管SO和第二電容C2依次串聯(lián)形成一個回路，所述的第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，所述的第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)且并聯(lián)在第一開關(guān)管SO和第二電容C2串聯(lián)的兩端，所述第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的一端，所述第四開關(guān)管S3和第五開關(guān)管S4串聯(lián)的連接處連接高頻變壓器T的初級線圈的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述第二開關(guān)管SI和第三開關(guān)管S2串聯(lián)的連接處與高頻變壓器T的初級線圈的一端之間連接有第二電感LI。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述整流電路的輸入端連接高頻變壓器T的次級線圈，所述的整流電路的輸出端并聯(lián)有第三電容CO，所述整流電路的輸出端通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述的第三電容CO —端設(shè)有電阻R，所述的第三電容CO通過電阻R與直流電網(wǎng)輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述Boost升壓電路的升壓比為1: 2，所述高頻變壓器T的升壓比為1: 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于BOOST隔離升壓拓撲的太陽能并網(wǎng)變流器，其特征是，所述的Boost升壓電路有若干個，所述高頻變壓器T和整流電路的的個數(shù)均與Boost升壓電路的個數(shù)相對應(yīng)，所述的每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T和整流電路依次連接，所述的每個Boost升壓電路與其相對應(yīng)的高頻變壓器T連接之后相互并聯(lián)，所述的每個整流電路之間依次串聯(lián)，所述的每個整流電路串聯(lián)之后通過直流電網(wǎng)輸入端與直流電網(wǎng)連接。
【文檔編號】H02M3/335GK204089603SQ201420489134
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】屈衛(wèi)東 申請人:屈衛(wèi)東