本實(shí)用新型涉及一種三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能的利用是緩解全球能源緊缺與環(huán)境污染問題的重要途徑，光伏發(fā)電就是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)直流電壓較高的負(fù)載供電，蓄電池電壓一般較低，滿足不了其供電需求。采用目前成熟的電力電子變流技術(shù)可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電壓變換與功率控制。

隨著光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)逆變器本身有了更高要求，例如：期望它在寬電壓輸入、寬功率輸入范圍內(nèi)都能工作，且擁有高功率密度、高效率、高可靠性等。為了減小開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的效率，人們常采用諧振軟開關(guān)技術(shù)，但是諧振軟開關(guān)電路存在參數(shù)漂移使諧振失效和增加過(guò)多輔助器件使系統(tǒng)可靠性降低等問題。人們常采用兩級(jí)式三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)的輸入電壓范圍，然而，傳統(tǒng)兩級(jí)式三相逆變器電路在Boost開關(guān)器件開通時(shí)，升壓電路逆阻二極管因瞬間承受反向母線電壓，而產(chǎn)生很大的反向恢復(fù)電流，增大 Boost開關(guān)器件電流應(yīng)力，并降低轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供了一種三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，只需要通過(guò)控制開關(guān)時(shí)序可以實(shí)現(xiàn)：光伏陣列輸出最大功率跟蹤；Boost開關(guān)器件開通軟化，消除了二極管反向恢復(fù)對(duì)Boost開關(guān)器件的影響；輔助控制開關(guān)器件開通關(guān)斷全軟化；PWM逆變橋軟開關(guān)次數(shù)占總開關(guān)次數(shù)的62.5%，比傳統(tǒng)PWM逆變橋提高了12.5%。本實(shí)用新型系統(tǒng)損耗低、可靠性高，并能使三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏陣列與光伏側(cè)儲(chǔ)能電容C₀并聯(lián)連接，光伏陣列輸出正極與Boost升壓電感L₀相連，Boost升壓電感L₀另一端與Boost升壓電路開關(guān)器件V₀的集電極、Boost升壓電路二極管V_D0的陽(yáng)極相連，Boost升壓電路二極管V_D0的陰極與直流側(cè)儲(chǔ)能電容C_d的一端、電感L₁一端相連，電感L₁另一端與二極管V_Da1的陽(yáng)極、Boost開關(guān)器件V_M1的集電極、Boost開關(guān)器件V_M1反并聯(lián)二極管V_DM1的陰極相連，二極管V_Da1的陰極與輔助控制開關(guān)器件V_T7的發(fā)射極、輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7的陽(yáng)極、PWM逆變橋的輸入正端相連，輔助控制開關(guān)器件V_T7的集電極與輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7的陰極、電容C的一端相連，電容C的另一端與光伏陣列輸出負(fù)極、Boost升壓電路開關(guān)器件V₀的發(fā)射極、直流側(cè)儲(chǔ)能電容C_d的另一端、Boost開關(guān)器件V_M1的發(fā)射極、Boost開關(guān)器件V_M1反并聯(lián)二極管V_DM1的陽(yáng)極、PWM逆變橋的輸入負(fù)端相連；輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7采用反向恢復(fù)特性比較好的外延型PiN結(jié)構(gòu)快恢復(fù)外延二極管；PWM逆變橋采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，包括六個(gè)開關(guān)器件V_T1~V_T6以及它們各自的反并聯(lián)二極管V_D1~V_D6，開關(guān)器件V_T1、V_T3、V_T5的集電極相連，作為PWM逆變橋的輸入正端,開關(guān)器件V_T4、V_T6、V_T2的發(fā)射極相連，作為PWM逆變橋的輸入負(fù)端；PWM逆變橋中，V_T1的發(fā)射極與V_T4的集電極相連，V_T3的發(fā)射極與V_T6的集電極相連，V_T5的發(fā)射極與V_T2的集電極相連，由V_T4、V_T6、V_T2的集電極分別引出PWM逆變橋的a、b、c三個(gè)輸出端，PWM逆變橋的a、b、c三個(gè)輸出端分別經(jīng)LC濾波電路接至交流電網(wǎng)。

本實(shí)用新型的有益效果為：只需要通過(guò)控制開關(guān)時(shí)序可以實(shí)現(xiàn)：光伏陣列輸出最大功率跟蹤；Boost開關(guān)器件開通軟化，消除了二極管反向恢復(fù)對(duì)Boost開關(guān)器件的影響；輔助控制開關(guān)器件開通關(guān)斷全軟化；PWM逆變橋軟開關(guān)次數(shù)占總開關(guān)次數(shù)的62.5%，比傳統(tǒng)PWM逆變橋提高了12.5%。本實(shí)用新型系統(tǒng)損耗低、可靠性高，并能使三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為扇區(qū)分布圖。

圖3為為本實(shí)用新型基本工作時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

圖1所示為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖，光伏陣列與光伏側(cè)儲(chǔ)能電容C₀并聯(lián)連接，光伏陣列輸出正極與Boost升壓電感L₀相連，Boost升壓電感L₀另一端與Boost升壓電路開關(guān)器件V₀的集電極、Boost升壓電路二極管V_D0的陽(yáng)極相連，Boost升壓電路二極管V_D0的陰極與直流側(cè)儲(chǔ)能電容C_d的一端、電感L₁一端相連，電感L₁另一端與二極管V_Da1的陽(yáng)極、Boost開關(guān)器件V_M1的集電極、Boost開關(guān)器件V_M1反并聯(lián)二極管V_DM1的陰極相連，二極管V_Da1的陰極與輔助控制開關(guān)器件V_T7的發(fā)射極、輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7的陽(yáng)極、PWM逆變橋的輸入正端相連，輔助控制開關(guān)器件V_T7的集電極與輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7的陰極、電容C的一端相連，電容C的另一端與光伏陣列輸出負(fù)極、Boost升壓電路開關(guān)器件V₀的發(fā)射極、直流側(cè)儲(chǔ)能電容C_d的另一端、Boost開關(guān)器件V_M1的發(fā)射極、Boost開關(guān)器件V_M1反并聯(lián)二極管V_DM1的陽(yáng)極、PWM逆變橋的輸入負(fù)端相連；輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7采用反向恢復(fù)特性比較好的外延型PiN結(jié)構(gòu)快恢復(fù)外延二極管；PWM逆變橋采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，包括六個(gè)開關(guān)器件V_T1~V_T6以及它們各自的反并聯(lián)二極管V_D1~V_D6，開關(guān)器件V_T1、V_T3、V_T5的集電極相連，作為PWM逆變橋的輸入正端,開關(guān)器件V_T4、V_T6、V_T2的發(fā)射極相連，作為PWM逆變橋的輸入負(fù)端；PWM逆變橋中，V_T1的發(fā)射極與V_T4的集電極相連，V_T3的發(fā)射極與V_T6的集電極相連，V_T5的發(fā)射極與V_T2的集電極相連，由V_T4、V_T6、V_T2的集電極分別引出PWM逆變橋的a、b、c三個(gè)輸出端，PWM逆變橋的a、b、c三個(gè)輸出端分別經(jīng)LC濾波電路接至交流電網(wǎng)。

圖2為扇區(qū)分布圖，此處假設(shè)：輸出電壓電流無(wú)相角差，在每一扇區(qū)內(nèi)，一相電流始終為正，一相電流始終為負(fù)，一相電流存在正、負(fù)兩種狀態(tài)。

圖3為本實(shí)用新型基本工作時(shí)序，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)共包括9種工作狀態(tài)。其中，U_gsX為開關(guān)管V_TX(V_T1—V_T7)和V_M1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。PWM逆變橋使用七段式空間矢量脈寬調(diào)制控制方式，載波為單增式鋸齒波。假設(shè)上橋臂開通為“1”信號(hào)，反之為“0”信號(hào)。以圖2所示第Ⅰ扇區(qū)為例分析本實(shí)用新型工作原理，并假設(shè)此時(shí)PWM逆變橋輸出電流i_u>0、i_v<0、i_w<0，其中，i_u、i_v、i_w的方向分別為由PWM逆變橋的a、b、c三個(gè)輸出端指向交流電網(wǎng)。

在第1個(gè)工作狀態(tài)以前，PWM逆變橋工作在“000”續(xù)流狀態(tài)。因?yàn)殡娏鱥_u>0，雖然開關(guān)器件V_T4有開通信號(hào)，電流i_u依然通過(guò)反并二極管V_D4續(xù)流。同理，電流i_v流過(guò)開關(guān)器件V_T6，i_w流過(guò)開關(guān)器件V_T2。Boost開關(guān)器件V_M1處于關(guān)斷狀態(tài)。輔助控制開關(guān)器件V_T7處于開通狀態(tài)，但因PWM逆變橋工作于續(xù)流狀態(tài)，V_T7并無(wú)電流流過(guò)，而是通過(guò)輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7續(xù)流。

1）狀態(tài)1[t₀,t₁]：在t₀時(shí)刻關(guān)斷輔助控制開關(guān)器件V_T7，因在t₀時(shí)刻以前，輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7續(xù)流，輔助控制開關(guān)器件V_T7屬于零電壓零電流關(guān)斷；在此工作狀態(tài)，PWM逆變橋處于“000”續(xù)流狀態(tài)；輸入電源與 Boost支路(L₁、V_Da1)、輔助控制開關(guān)器件V_T7的反并二極管V_D7、電容C形成回路。

2）狀態(tài)2[t₁,t₂]：在t₁時(shí)刻，給PWM逆變橋上橋臂開通信號(hào)，上下橋臂同時(shí)開通。通常情況下的開通，下橋臂二極管反向恢復(fù)電荷會(huì)引起上橋臂開關(guān)管電流尖峰，開關(guān)器件開通為硬開通。對(duì)于本實(shí)用新型，在t₁時(shí)刻以前，電感L₁存在電流，此電流不能突變，電路等效為電流源逆變器，因輔助控制開關(guān)器件V_T7的反并二極管V_D7反向恢復(fù)特性很好，不會(huì)引起反向恢復(fù)問題，因此開關(guān)器件V_T1開通時(shí)不存在電流尖峰，不會(huì)產(chǎn)生反向恢復(fù)損耗，屬于準(zhǔn)零電流開通。開關(guān)器件V_T3、V_T5因電流通過(guò)反并二極管，為零電流開通。上下橋臂開關(guān)器件同時(shí)開通后，電路工作在一種特殊的直通狀態(tài)，因電流方向不同，有的開關(guān)器件處于假開通狀態(tài)，電流依然流過(guò)二極管。此時(shí)光伏陣列、電感通過(guò)PWM逆變橋形成三橋臂同時(shí)直通狀態(tài)。由于電感L₁電流不能突變，光伏陣列電壓瞬時(shí)降到電感兩端，PWM逆變橋輸入電壓瞬時(shí)降為零。光伏陣列通過(guò)Boost支路 (L₁、V_Da1)與PWM逆變橋3個(gè)橋臂形成回路，電感L₁電流線性增加。此時(shí)PWM逆變橋依然工作于續(xù)流狀態(tài)，輸出電流i_u、i_v、i_w不變，只是3個(gè)橋臂各開關(guān)管承受電流應(yīng)力不同。

3）狀態(tài)3[t₂,t₃]：在t₂時(shí)刻，開通Boost開關(guān)器件V_M1，因在t₂時(shí)刻以前，電路還工作于直通狀態(tài)，Boost開關(guān)器件V_M1兩端電壓為零，屬于零電壓開通；此工作狀態(tài)，由于Boost開關(guān)器件V_M1導(dǎo)通壓降小于后邊3個(gè)開關(guān)器件(V_Da1和3個(gè)橋臂)，光伏陣列、電感L₁和Boost開關(guān)器件V_M1形成回路，電感L₁電流線性增加；同時(shí)，二極管 V_Da1正向電流下降為零。

4）狀態(tài)4[t₃,t₄]：在t₃時(shí)刻，關(guān)斷開關(guān)器件V_T4、V_T6、V_T2，直通狀態(tài)結(jié)束；此工作階段，電感L₁電流依然線性上升，PWM逆變橋處于“111”狀態(tài)，通過(guò) V_T1、V_D3、V_D5續(xù)流。

5）狀態(tài)5[t₄,t₅]：此工作階段工作狀態(tài)同狀態(tài)4，在t₄時(shí)刻，開通輔助控制開關(guān)器件V_T7，此時(shí)PWM逆變橋處于“111”續(xù)流狀態(tài)，V_T7屬于零電流開通。

6）狀態(tài)6[t₅, t₆]：在t₅時(shí)刻，V_T5關(guān)斷，V_T2開通，PWM逆變橋由“111”續(xù)流狀態(tài)轉(zhuǎn)入“110”工作狀態(tài)，電容向后級(jí)電路供電。

7）狀態(tài)7[t₆,t₇]：隨Boost升壓比不同，此狀態(tài)發(fā)生時(shí)刻會(huì)發(fā)生變化，但本質(zhì)不會(huì)改變，在t₆時(shí)刻，關(guān)斷Boost開關(guān)器件V_M1，雖然此關(guān)斷是硬關(guān)斷，但無(wú)二極管反向恢復(fù)電流，不會(huì)帶來(lái)電流沖擊，不會(huì)對(duì)電路安全性有影響；此工作階段，電感L₁和電容C同時(shí)向后級(jí)電路供電，PWM逆變橋工作狀態(tài)不變。

8）狀態(tài)8[t₇,t₈]：在t₇時(shí)刻，V_T3關(guān)斷，V_T6開通，PWM逆變橋由“110”狀態(tài)轉(zhuǎn)入“100”狀態(tài)，其余部分與狀態(tài)7相同。

9）狀態(tài)9[t₈,t₉]：在t₈時(shí)刻，V_T1關(guān)斷，V_T4開通，在此工作階段，電感L₁通過(guò)輔助控制開關(guān)器件V_T7反并聯(lián)二極管V_D7續(xù)流，PWM逆變橋由“100”狀態(tài)轉(zhuǎn)入“000”續(xù)流狀態(tài)。

由上述對(duì)電路工作狀態(tài)的分析可以看出，加入輔助控制開關(guān)器件(V_T7)后，電路可以實(shí)現(xiàn) Boos開關(guān)器件開通軟化，輔助控制開關(guān)器件開通和關(guān)斷的全軟化以及PWM逆變橋上橋臂開關(guān)器件額外軟化。此軟化并不依賴于電路的參數(shù)，只要恰當(dāng)控制開關(guān)時(shí)刻就可以實(shí)現(xiàn)。這些對(duì)開關(guān)的軟化控制，不但可以減小系統(tǒng)的開關(guān)損耗，而且可以提高系統(tǒng)的可靠性，并能適應(yīng)更寬范圍的輸入電壓。

上面以第1扇區(qū)前半扇區(qū)(輸出電流i_u>0、i_v<0、i_w<0)為例，對(duì)本實(shí)用新型PWM逆變橋上橋臂開通軟化原理進(jìn)行了詳細(xì)分析。其它扇區(qū)分析與第1扇區(qū)類似，只是具體軟化開關(guān)器件不同。