專利名稱:一種主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，特別涉及一種太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域：
，只需使用小容量非電解電容即可實現(xiàn)功率解耦的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種無污染、可再生的新能源具有非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，利用太陽能發(fā)電成為解決生產(chǎn)生活能源、改善環(huán)境污染問題的一條可靠途徑，可以取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，太陽能在我國已經(jīng)成為繼水力、風(fēng)力之后，最主要的可再生能源。
光伏并網(wǎng)逆變器是太陽能光伏陣列與電網(wǎng)連接的橋梁，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。
在傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由多組光電模塊組成太陽能光伏陣列(PV)來獲取足夠高的直流母線電壓，再通過光伏并網(wǎng)逆變器逆變產(chǎn)生交流電壓并入電網(wǎng)；由于太陽光照強度的變化以及附近建筑物、樹木等障礙物的遮擋，太陽能光伏陣列(PV)的總輸出功率會有明顯的變化，為了使光伏發(fā)電系統(tǒng)始終工作在最大功率點上，AC模塊的概念被提出。AC模塊具有成本低、單級功率變換、發(fā)電效率高、易于擴展等優(yōu)點，獲得了廣泛的研究，并有許多逆變器拓撲及相應(yīng)的控制策略被報道，其中以反激式逆變器為代表，反激式逆變器可以工作在諧振軟開關(guān)狀態(tài)，具有較高的變換效率。
在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏陣列(PV)輸出功率為平滑直流，而并網(wǎng)逆變器輸出功率呈現(xiàn)周期性脈動的特性，因此在并網(wǎng)逆變器的直流輸入側(cè)需要并聯(lián)很大的電解電容來實現(xiàn)太陽能光伏陣列(PV)輸出功率與并網(wǎng)逆變器輸出功率的解耦，但電解電容的引入不僅增加了整個太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的體積，而且極大的縮短了太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命，降低了太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過并聯(lián)解耦方式，只需使用小容量非電解電容對部分功率實施兩次高頻變換即可實現(xiàn)功率解耦，適用于AC模塊的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，等效的高頻功率變換級數(shù)為I. 318。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，它包括第一反激變換器、第二反激變換器、調(diào)壓變換器、輸出濾波電路和逆變電路；太陽能光伏陣列的輸出電壓通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列的輸出電壓上的輸入濾波電容分別與第一反激變換器的輸入端和第二反激變換器的輸入端連接，所述第二反激變換器的輸出端通過一并聯(lián)在所述第二反激變換器的輸出端上的解耦電容與所述調(diào)壓變換器的輸入端連接，所述第一反激變換器的輸出端與所述調(diào)壓變換器的輸出端互相連接并與所述輸出濾波電容的輸入端連接，所述輸出濾波電容的輸出端與所述逆變電路連接。[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一反激變換器包括第一原邊開關(guān)管、第一反激變壓器和第一副邊整流二極管；所述第一反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述第一反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述第一原邊開關(guān)管的漏極連接，所述第一原邊開關(guān)管的源極與所述第二反激變換器、所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負極性端連接，所述第一反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述第一副邊整流二極管的陽極連接，所述第一副邊整流二極管的陰極連接到所述輸出濾波電路的輸入端，所述第一反激變壓器的副邊繞組的同名端依次與所述輸出濾波電路和所述逆變電路連接并接地。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二反激變換器包括第二原邊開關(guān)管、第二反激變壓器和第二副邊整流二極管；所述第二反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述第二反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述第二原邊開關(guān)管的漏極連接，所述第二原邊開關(guān)管的源極與所述第一反激變換器、所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負極性端連接，所述第二反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述第二副邊整流二極管的陽極連接， 所述第二副邊整流二極管的陰極與所述解耦電容的一端連接并連接到所述調(diào)壓變換器的輸入端，所述第二反激變壓器的副邊繞組的同名端與所述解耦電容的另一端連接并連接到所述調(diào)壓變換器的輸入端。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電容和輸出濾波電感；所述輸出濾波電容的一端與所述輸出濾波電感的一端互相連接并分別與所述第一反激變換器的輸出端和第二反激變換器的輸出端連接，所述輸出濾波電容的另一端分別與所述第一反激變換器和所述逆變電路連接并接地，所述輸出濾波電感的另一端與所述逆變電路的輸入端連接。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述逆變電路包括第一逆變開關(guān)管、第二逆變開關(guān)管、第三逆變開關(guān)管以及第四逆變開關(guān)管；所述第一逆變開關(guān)管的漏極與所述第三逆變開關(guān)管的漏極互相連接并與所述輸出濾波電路的輸出端連接，所述第一逆變開關(guān)管的源極與所述第二逆變開關(guān)管的漏極連接并連接電網(wǎng)的一端，所述第三逆變開關(guān)管的源極與所述第四逆變開關(guān)管的漏極連接并連接電網(wǎng)的另一端，所述第二逆變開關(guān)管的源極與所述第四逆變開關(guān)管的源極連接并接地。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述調(diào)壓變換器包括升壓電感、第一升壓開關(guān)管、第二升壓開關(guān)管以及升壓二極管；所述升壓電感的一端與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述升壓電感的另一端分別與所述第一升壓開關(guān)管的漏極和所述第二升壓開關(guān)管的漏極連接，所述第一升壓開關(guān)管的源極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地，所述第二升壓開關(guān)管的源極與所述升壓二極管的陽極連接，所述升壓二極管的陰極分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述調(diào)壓變換器包括升壓電感、第一升壓開關(guān)管、第二升壓開關(guān)管以及升壓二極管；所述升壓電感的一端與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述升壓電感的另一端與所述第二升壓開關(guān)管的漏極連接，所述第二升壓開關(guān)管的源極分別與所述第一升壓開關(guān)管的漏極和所述升壓二極管的陽極連接，所述升壓二極管的陰極分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接，所述第一升壓開關(guān)管的源極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述調(diào)壓變換器包括降壓電感、降壓開關(guān)管以及降壓二極管；所述降壓開關(guān)管的漏極與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述降壓開關(guān)管的源極分別連接所述降壓電感的一端和所述降壓二極管的陰極，所述降壓二極管的陽極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地，所述降壓電感的另一端分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述輸入濾波電容、解耦電容及輸出濾波電容為非電解電容。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一原邊開關(guān)管、第二原邊開關(guān)管、第一升壓開關(guān)管及第二升壓開關(guān)管為高頻開關(guān)管，所述第一逆變開關(guān)管、第二逆變開關(guān)管、第三逆變開關(guān) 管及第四逆變開關(guān)管為工頻開關(guān)管，所述第二升壓開關(guān)管的工作頻率為兩倍工頻。
在本發(fā)明的一個實施例中，當光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，第一反激逆變器與第二反激逆變器共同工作，調(diào)壓變換器不工作，第一反激逆變器的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路及逆變電路將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，也即第一反激逆變器的輸出功率等于光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率，太陽能光伏陣列輸出的多余功率經(jīng)第二反激逆變器儲存在解耦電容中，第一反激逆變器與第二反激逆變器的輸出功率之和等于太陽能光伏陣列的輸出功率。
在本發(fā)明的一個實施例中，當光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，第一反激逆變器與調(diào)壓變換器共同工作，第二反激逆變器不工作，第二升壓開關(guān)管處于一直導(dǎo)通狀態(tài)，第一反激逆變器的輸出功率等于太陽能光伏陣列的輸出功率，第一反激逆變器與調(diào)壓變換器的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路和逆變電路將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，也即第一反激逆變器與調(diào)壓變換器輸出功率之和等于太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率。
本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器具有如下特點和技術(shù)效果
(I)通過將功率脈動轉(zhuǎn)化為解耦電容上的電壓脈動，且由于解耦電容上的電壓等級高于輸入電壓一個數(shù)量級，使得解耦電容容量可以呈現(xiàn)兩個數(shù)量級的減少，即僅需使用小容量的非電解電容即可實現(xiàn)功率解耦，從而避免了使用電解電容，提高了系統(tǒng)壽命及可靠性；
(2)僅部分解耦功率經(jīng)過了兩級變換，提高了變換效率；
(3)輸入輸出高頻電氣隔離，且反激變壓器的峰值功率大大減小，減小了反激變壓器體積，有利于提高功率密度，提高變換效率。
本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率與太陽能光伏陣列輸出功率的解耦，大大減小了太陽能光伏陣列輸出功率的脈動，減小了由于最大功率點跟蹤(MPPT)而引起的波動損耗，提高了光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率；只需采用小容量、高可靠性的非電解電容，克服了由于采用電解電容而導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器壽命縮短、可靠性降低的缺點，提高了光伏并網(wǎng)逆變器的壽命和可靠性；降低了反激變換器中變壓器的峰值功率，減小了變壓器體積，有利于降低損耗，提高變換效率，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。[0025]本發(fā)明的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。
圖I是本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器的電路原理圖；
圖2為本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器的各個部分在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)輸出功率的示意圖；
圖3為本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器模態(tài)一的等效電路圖；圖4為本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器模態(tài)二的等效電路圖；
圖5為本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)主要工作的波形示意圖；
圖6為本發(fā)明的實施例2的電路原理圖；
圖7為本發(fā)明的實施例3的電路原理圖。
附圖標記
10-第一反激變換器；20_第二反激變換器；30_升壓電路；40_輸出濾波電路；50-工頻逆變電路；PV_太陽能光伏陣列；Cin_輸入濾波電容；SP1、Sp2分別為第一、第二原邊開關(guān)管T2分別為第一、第二反激變壓器；NP1、Nsi分別為第一反激變壓器的原邊繞組和副邊繞組；NP2、NS2分別為第二反激變壓器的原邊繞組和副邊繞組；DS1、DS2分別為第一、第二副邊整流二極管；CD-解耦電容；Lb-升壓電感；SB1、Sb2分別為第一、第二升壓開關(guān)管；Db-升壓二極管；Qr輸出濾波電容；1^-輸出濾波電感A S4分別為第一至第四逆變開關(guān)管；uPV為光伏陣列輸出電壓為電網(wǎng)電壓；p。-太陽能光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率；Ppv-光伏陣列輸出功率-第一反激變換器輸出功率；P2-第二反激變換器輸出功率；PB。-升壓電路輸出功率；Co -電網(wǎng)電壓的角頻率；t為時間；i。-輸出并網(wǎng)電流。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
實施例I
如圖I所示，本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，它包括第一反激變換器10、第二反激變換器20、調(diào)壓變換器30、輸出濾波電路40和逆變電路50 ;太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv上的輸入濾波電容Cin分別與第一反激變換器10的輸入端和第二反激變換器20的輸入端連接，第二反激變換器20的輸出端通過一并聯(lián)在第二反激變換器20的輸出端上的解耦電容Cd與調(diào)壓變換器30的輸入端連接，第一反激變換器10的輸出端與調(diào)壓變換器30的輸出端互相連接并與輸出濾波電容40的輸入端連接，輸出濾波電容40的輸出端與逆變電路50連接。
在實施例中，第一反激變換器10包括第一原邊開關(guān)管Spi、第一反激變壓器T1和第一副邊整流二極管DS1，第一反激變壓器T1包括原邊繞組Npi和副邊繞組Nsi ;第二反激變換器20包括第二原邊開關(guān)管Sp2、第二反激變壓器T2和第二副邊整流二極管Ds2，第二反激變壓器T2包括原邊繞組Np2和副邊繞組Ns2 ;調(diào)壓變換器30包括升壓電感Lb、第一升壓開關(guān)管Sbi、第二升壓開關(guān)管Sb2以及升壓二極管Db ;輸出濾波電路40包括輸出濾波電容Co和輸出濾波電感Lq ;逆變電路50包括第一逆變開關(guān)管S1、第二逆變開關(guān)管S2、第三逆變開關(guān)管S3以及第四逆變開關(guān)管S4。
太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv的正極性端與輸入濾波電容Cin的一端、第一反激變換器10的第一反激變壓器T1原邊繞組Npi的同名端和第二反激變換器20的第二反激變壓器T2原邊繞組Np2的同名端相連，第一反激變換器10的第一反激變壓器T1原邊繞組Npi的非同名端與第一原邊開關(guān)管Spi的漏極相連，第一反激變換器10的第一原邊開關(guān)管Spi的源極與第二反激變換器20的第二原邊開關(guān)管Sp2的源極、輸入濾波電容Cin的另一端以及太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv的負極性端相連，第二反激變換器20的第二原邊開關(guān)管Sp2的漏極與第二反激變壓器T2原邊繞組Np2的非同名端相連，第一反激變換器10的第一反激變壓器T1副邊繞組Nsi的非同名端與第一副邊整流管Dsi的陽極相連，第二反激變換器20的第二反激變壓器T2副邊繞組Ns2的非同名端與第二副邊整流二極管Ds2的陽極相連，第二副邊整流二極管Ds2的陰極分別與解耦電容Cd的一端和調(diào)壓變換器30的升壓電感Lb的一端相連，升壓電感Lb的另一端分別與調(diào)壓變換器30的第一升壓開關(guān)管Sbi的漏極和 第二升壓開關(guān)管Sb2的漏極相連，第二升壓開關(guān)管Sb2的源極與升壓二極管Db的陽極相連，升壓二極管Db的陰極分別與第一反激變換器10的第一副邊整流管Dsi的陰極、輸出濾波電路40的輸出濾波電容C。的一端以及輸出濾波電路40的輸出濾波電感Lq的一端相連,調(diào)壓變換器30的第一升壓開關(guān)管Sbi的源極分別連接于第一反激變換器10的第一反激變壓器T1副邊繞組Nsi的同名端、第二反激變換器20的第二反激變壓器T2副邊繞組Ns2的同名端、解耦電容Cd的另一端、輸出濾波電容Qj的另一端、逆變電路50的第二逆變開關(guān)管S2的源極以及第四逆變開關(guān)管S4的源極，輸出濾波電路40的輸出濾波電感Ltj的另一端分別連于第一逆變開關(guān)管S1的漏極和第三逆變開關(guān)管S3的漏極，第一逆變開關(guān)管S1的源極分別連于第二逆變開關(guān)管S2的漏極以及電網(wǎng)的一端，第三逆變開關(guān)管S3的源極分別連于第四逆變開關(guān)管S4的漏極以及電網(wǎng)叫的另一端。
在本實施例中，輸入濾波電容Cin、解耦電容Cd及輸出濾波電容Ctj可以采用膜電容等非電解電容，第一原邊開關(guān)管Spi、第二原邊開關(guān)管Sp2、第一升壓開關(guān)管Sbi和第二升壓開關(guān)管Sb2為高頻開關(guān)管，實際開關(guān)頻率可以從IOOkHz至400kHz之間變化，其具體實施時可以采用M0SFET，第一逆變開關(guān)管51、第二逆變開關(guān)管S2、第三逆變開關(guān)管&及第四逆變開關(guān)管S4為工頻開關(guān)管，第二升壓開關(guān)管Sb2的工作頻率為兩倍工頻，由于開關(guān)頻率較低，具體實施時可以采用MOSFET或者晶閘管。
本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器將第一反激變換器10和第二反激變換器20與調(diào)壓變換器30有機結(jié)合在一起實現(xiàn)光伏陣列輸出功率與并網(wǎng)逆變器輸出功率的解耦。對于本發(fā)明所提出的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，其電網(wǎng)側(cè)電壓和電流分別為
uG = UGsin (Co t)(I)
i0 = IGsin (co t)(2)
其中，Ue為電網(wǎng)電壓瞬時值，Ue為電網(wǎng)電壓峰值，i。為輸出并網(wǎng)電流瞬時值，Ie為逆變器輸出電流峰值。則并網(wǎng)逆變器輸出功率為
p。= IGUGsin2 (co t) =P0Sin2 (cot)(3)
因此，并網(wǎng)逆變器輸出功率為頻率等于二倍電網(wǎng)電壓頻率的脈動量，而光伏陣列輸出功率Ppv為平滑的直流，根據(jù)能量平衡關(guān)系，光伏陣列輸出功率等于并網(wǎng)逆變器單位功
貧/_).
率周期內(nèi)輸出功率的平 均值，即Pw,= J (參見圖2)。根據(jù)光伏陣列輸出功率Ppv
O
與并網(wǎng)逆變器輸出功率P。的瞬時關(guān)系，太陽能光伏并網(wǎng)逆變器存在兩種工作模態(tài)
模態(tài)一p。( Ppv
當p。小于等于Ppv時，第一反激逆變器10與第二反激逆變器20共同工作，調(diào)壓變換器30不工作，第一反激逆變器10的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路40及逆變電路50將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)ue上，也即第一反激逆變器10的輸出功率P1等于太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率P0,光伏陣列PV輸出的多余功率經(jīng)第二反激逆變器20儲存在解耦電容Cd中，解耦
電容Cd為高壓電容，其電壓允許在0到1 之間變化，第一反激逆變器10與第二反激逆
2 G
變器20的輸出功率之和等于光伏陣列PV輸出功率PPV，該模態(tài)的等效電路如圖3所示。
模態(tài)二p。> Ppv
當p。大于Ppv時，第一反激逆變器10與升壓變換器30共同工作，第二反激逆變器20不工作,第二反激逆變器20的第二升壓開關(guān)管Sb2處于一直導(dǎo)通狀態(tài),在該模態(tài)下,第一反激逆變器10的輸出功率P1等于光伏陣列PV的輸出功率Ppv，第一反激逆變器10與調(diào)壓變換器30的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路40和逆變電路50將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)Ue上，也即第一反激逆變器10與調(diào)壓變換器30輸出功率之和等于太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率p0，該模態(tài)下的等效電路如圖4所示。調(diào)壓變換器30輸出能量即是模態(tài)一時在電容上存儲的能量，只有這部分能量參與了兩次高頻功率變換。
在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)，光伏并網(wǎng)逆變器各個部分的輸出功率如圖2所示。通過上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明太陽能光伏并網(wǎng)逆變器將光伏陣列PV輸出功率Ppv與并網(wǎng)逆變器輸出功率P。的差值轉(zhuǎn)移到解耦電容Cd上實現(xiàn)了兩者的功率解耦，而輸入濾波電容Cin僅起到濾除高頻電流分量的作用，不用做功率解耦電容，因此只需要小容量的非電解電容即可滿足要求。
通過上面的分析還可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的二次高頻功率變換部分等價于第二反激逆變器20的平均功率，即0. 318PPV，亦即等效高頻功率變換級數(shù)為I. 318，而串聯(lián)式功率解耦的等效高頻功率變換級數(shù)為2。
在電網(wǎng)電壓的正半周，逆變電路50的第一逆變開關(guān)管S1與第四逆變開關(guān)管S4處于一直導(dǎo)通狀態(tài)，第二逆變開關(guān)管S2與第三逆變開關(guān)管S3處于一直關(guān)斷狀態(tài)；在電網(wǎng)電壓的負半周，第一逆變開關(guān)管S1與第四逆變開關(guān)管S4處于一直關(guān)斷狀態(tài)，第二逆變開關(guān)管S2與第三逆變開關(guān)管S3處于一直導(dǎo)通狀態(tài)。
太陽能光伏并網(wǎng)逆變器在實際工作時，采用數(shù)字控制處理器實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的控制，通過鎖相環(huán)實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時使得并網(wǎng)電流的幅值按照正弦規(guī)律變化。
實施例2
如圖6所示，與實施例I相同，本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，它包括第一反激變換器10、第二反激變換器20、調(diào)壓變換器30、輸出濾波電路40和逆變電路50 ；太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv上的輸入濾波電容Cin分別與第一反激變換器10的輸入端和第二反激變換器20的輸入端連接，第二反激變換器20的輸出端通過一并聯(lián)在第二反激變換器20的輸出端上的解耦電容Cd與調(diào)壓變換器30的輸入端連接，第一反激變換器10的輸出端與調(diào)壓變換器30的輸出端互相連接并與輸出濾波電容40的輸入端連接，輸出濾波電容40的輸出端與逆變電路50連接。
在實施例中，第一反激變換器10包括第一原邊開關(guān)管Spi、第一反激變壓器T1和第一副邊整流二極管DS1，第一反激變壓器T1包括原邊繞組Npi和副邊繞組Nsi ;第二反激變換器20包括第二原邊開關(guān)管Sp2、第二反激變壓器T2和第二副邊整流二極管Ds2，第二反激變壓器T2包括原邊繞組Np2和副邊繞組Ns2 ;調(diào)壓變換器30包括升壓電感Lb、第一升壓開關(guān)管Sbi、第二升壓開關(guān)管Sb2以及升壓二極管Db ;輸出濾波電路40包括輸出濾波電容Co和輸出濾波電感Lq ;逆變電路50包括第一逆變開關(guān)管S1、第二逆變開關(guān)管S2、第三逆變開關(guān)管S3以及第四逆變開關(guān)管S4。
相對于實施例1，實施例2的區(qū)別在于調(diào)壓變換器30內(nèi)部第一升壓開關(guān)管Sbi與第二升壓開關(guān)管Sb2的連接關(guān)系不同。在本實施例中，第一升壓開關(guān)管Sbi的漏極分別連于 第二升壓開關(guān)管Sb2的源極和升壓二極管Db的陽極，第一升壓開關(guān)管Sbi的源極連于第一反激變換器10的第一反激變壓器T1副邊繞組Nsi的同名端、第二反激變換器20的第二反激變壓器T2副邊繞組Ns2的同名端、解耦電容Cd的另一端、輸出濾波電路40的輸出濾波電容C0的另一端、逆變電路50的第二逆變開關(guān)管S2的源極以及第四逆變開關(guān)管S4的源極，第二升壓開關(guān)管Sb2的漏極與升壓電感Lb的另一端相連。
相對于實施例1，實施例2在第一升壓開關(guān)管Sbi開通時能夠利用電荷泵的原理對第二升壓開關(guān)管Sb2的驅(qū)動電源進行充電，因此，有利于開關(guān)管驅(qū)動電路的實現(xiàn)。
實施例3
如圖7所示，與實施例I相同，本發(fā)明的主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，它包括第一反激變換器10、第二反激變換器20、調(diào)壓變換器30、輸出濾波電路40和逆變電路50 ；太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列PV的輸出電壓Upv上的輸入濾波電容Cin分別與第一反激變換器10的輸入端和第二反激變換器20的輸入端連接，第二反激變換器20的輸出端通過一并聯(lián)在第二反激變換器20的輸出端上的解耦電容Cd與調(diào)壓變換器30的輸入端連接，第一反激變換器10的輸出端與調(diào)壓變換器30的輸出端互相連接并與輸出濾波電容40的輸入端連接，輸出濾波電容40的輸出端與逆變電路50連接。
在實施例中，第一反激變換器10包括第一原邊開關(guān)管Spi、第一反激變壓器T1和第一副邊整流二極管DS1，第一反激變壓器T1包括原邊繞組Npi和副邊繞組Nsi ;第二反激變換器20包括第二原邊開關(guān)管Sp2、第二反激變壓器T2和第二副邊整流二極管Ds2，第二反激變壓器T2包括原邊繞組Np2和副邊繞組Ns2 ;輸出濾波電路40包括輸出濾波電容Ctj和輸出濾波電感Ltj ;逆變電路50包括第一逆變開關(guān)管S1、第二逆變開關(guān)管S2、第三逆變開關(guān)管S3以及第四逆變開關(guān)管S4。
與實施例I的區(qū)別在于，在本實施例中，調(diào)壓變換器30為包括降壓電感匕、降壓開關(guān)管Sb以及降壓二極管Db的降壓電路，該實施例的實施前提是解耦電容Cd的電壓始終高于電網(wǎng)電壓，相對于實施例I和實施例2，實施例2所需要的解耦電容容量更小，需要使用的開關(guān)管數(shù)量也減小了一個，因此成本更低，實施例3中調(diào)壓變換器30部分的連接關(guān)系描述如下降壓開關(guān)管Sb的漏極連于第二反激變換器20的第二副邊整流二極管Ds2的陰極和解耦電容Cd的一端，降壓開關(guān)管Sb的源極分別連于降壓二極管Db的陰極及降壓電感Lb的一端，降壓電感Lb的另一端分別連于輸出濾波電路40的輸出濾波電容Co的一端及輸出濾波電感Ltj的一端，降壓二極管Db的陽極連于第一反激變換器10的第一反激變壓器T1副邊繞組Nsi的同名端、第二反激變換器20的第二反激變壓器T2副邊繞組Ns2的同名端、解耦電容Cd的另一端、輸出濾波電路40的輸出濾波電容C。的另一端、逆變電路50的第二逆變開關(guān)管S2的源極以及第四逆變開關(guān)管S4的源極。
如圖5所示，太陽能光伏并網(wǎng)逆變器在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)的主要工作波形。
以電網(wǎng)電壓角度計量，穩(wěn)態(tài)工作情況下，模態(tài)一與模態(tài)二的交點為45度和135度(225度和315度)。在實施例I與實施例2中，由于使用了升壓電路，解耦電容Cd上的電壓必須不大于電網(wǎng)峰值電壓的0. 707倍。而在實施例2中，由于使用了降壓電路，解耦電容Cd上的電壓必須大于電網(wǎng)峰值電壓。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求
書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，它包括第一反激變換器、第二反激變換器、調(diào)壓變換器、輸出濾波電路和逆變電路；太陽能光伏陣列的輸出電壓通過一并聯(lián)在太陽能光伏陣列的輸出電壓上的輸入濾波電容分別與第一反激變換器的輸入端和第二反激變換器的輸入端連接，所述第二反激變換器的輸出端通過一并聯(lián)在所述第二反激變換器的輸出端上的解耦電容與所述調(diào)壓變換器的輸入端連接，所述第一反激變換器的輸出端與所述調(diào)壓變換器的輸出端互相連接并與輸出濾波電容的輸入端連接，所述輸出濾波電容的輸出端與所述逆變電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述第一反激變換器包括第一原邊開關(guān)管、第一反激變壓器和第一副邊整流二極管；所述第一反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述第一反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述第一原邊開關(guān)管的漏極連接，所述第一原邊開關(guān)管的源極與所述第二反激變換器、所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負極性端連接，所述第一反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述第一副邊整流二極管的陽極連接，所述第一副邊整流二極管的陰極連接到所述輸出濾波電路的輸入端，所述第一反激變壓器的副邊繞組的同名端依次與所述輸出濾波電路和所述逆變電路連接并接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述第二反激變換器包括第二原邊開關(guān)管、第二反激變壓器和第二副邊整流二極管；所述第二反激變壓器的原邊繞組的同名端與太陽能光伏陣列的輸出電壓的正極性端和所述輸入濾波電容的一端連接，所述第二反激變壓器的原邊繞組的非同名端與所述第二原邊開關(guān)管的漏極連接，所述第二原邊開關(guān)管的源極與所述第一反激變換器、所述輸入濾波電容的另一端以及太陽能光伏陣列的輸出電壓的負極性端連接，所述第二反激變壓器的副邊繞組的非同名端與所述第二副邊整流二極管的陽極連接，所述第二副邊整流二極管的陰極與所述解耦電容的一端連接并連接到所述調(diào)壓變換器的輸入端，所述第二反激變壓器的副邊繞組的同名端與所述解耦電容的另一端連接并連接到所述調(diào)壓變換器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電容和輸出濾波電感；所述輸出濾波電容的一端與所述輸出濾波電感的一端互相連接并分別與所述第一反激變換器的輸出端和第二反激變換器的輸出端連接，所述輸出濾波電容的另一端分別與所述第一反激變換器和所述逆變電路連接并接地，所述輸出濾波電感的另一端與所述逆變電路的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述逆變電路包括第一逆變開關(guān)管、第二逆變開關(guān)管、第三逆變開關(guān)管以及第四逆變開關(guān)管；所述第一逆變開關(guān)管的漏極與所述第三逆變開關(guān)管的漏極互相連接并與所述輸出濾波電路的輸出端連接，所述第一逆變開關(guān)管的源極與所述第二逆變開關(guān)管的漏極連接并連接電網(wǎng)的一端，所述第三逆變開關(guān)管的源極與所述第四逆變開關(guān)管的漏極連接并連接電網(wǎng)的另一端，所述第二逆變開關(guān)管的源極與所述第四逆變開關(guān)管的源極連接并接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述調(diào)壓變換器包括升壓電感、第一升壓開關(guān)管、第二升壓開關(guān)管以及升壓二極管；所述升壓電感的一端與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述升壓電感的另一端分別與所述第一升壓開關(guān)管的漏極和所述第二升壓開關(guān)管的漏極連接，所述第一升壓開關(guān)管的源極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地，所述第二升壓開關(guān)管的源極與所述升壓二極管的陽極連接，所述升壓二極管的陰極分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述調(diào)壓變換器包括升壓電感、第一升壓開關(guān)管、第二升壓開關(guān)管以及升壓二極管；所述升壓電感的一端與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述升壓電感的另一端與所述第二升壓開關(guān)管的漏極連接，所述第二升壓開關(guān)管的源極分別與所述第一升壓開關(guān)管的漏極和所述升壓二極管的陽極連接，所述升壓二極管的陰極分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接，所述第一升壓開關(guān)管的源極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述調(diào)壓變換器包括降壓電感、降壓開關(guān)管以及降壓二極管；所述降壓開關(guān)管的漏極與所述第二反激變換器的輸出端和所述解耦電容的一端連接，所述降壓開關(guān)管的源極分別連接所述降壓電感的一端和所述降壓二極管的陰極，所述降壓二極管的陽極分別連接所述第一反激變換器、所述第二反激變換器和所述解耦電容的另一端并接地，所述降壓電感的另一端分別與所述第一反激變換器和所述輸出濾波電路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求
I或4所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述輸入濾波電容、解耦電容及輸出濾波電容為非電解電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2至8任一所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述第一原邊開關(guān)管、第二原邊開關(guān)管、第一升壓開關(guān)管及第二升壓開關(guān)管為高頻開關(guān)管，所述第一逆變開關(guān)管、第二逆變開關(guān)管、第三逆變開關(guān)管及第四逆變開關(guān)管為工頻開關(guān)管，所述第二升壓開關(guān)管的工作頻率為兩倍工頻。
11.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，當光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率不大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，第一反激逆變器與第二反激逆變器共同工作，調(diào)壓變換器不工作，第一反激逆變器的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路及逆變電路將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，也即第一反激逆變器的輸出功率等于光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率，太陽能光伏陣列輸出的多余功率經(jīng)第二反激逆變器儲存在解耦電容中，第一反激逆變器與第二反激逆變器的輸出功率之和等于太陽能光伏陣列的輸出功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求
I所述主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，當光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率大于太陽能光伏陣列的輸出功率時，第一反激逆變器與調(diào)壓變換器共同工作，第二反激逆變器不工作，第二升壓開關(guān)管處于一直導(dǎo)通狀態(tài)，第一反激逆變器的輸出功率等于太陽能光伏陣列的輸出功率，第一反激逆變器與調(diào)壓變換器的輸出功率經(jīng)輸出濾波電路和逆變電路將能量傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，也即第一反激逆變器與調(diào)壓變換器輸出功率之和等于太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率。
專利摘要
本發(fā)明的目的在于公開了一種主動能量解耦的光伏并網(wǎng)逆變器，它包括第一反激變換器、第二反激變換器、調(diào)壓變換器、輸出濾波電路和逆變電路；實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率與太陽能光伏陣列輸出功率的解耦，大大減小了太陽能光伏陣列輸出功率的脈動，減小了由于最大功率點跟蹤(MPPT)而引起的波動損耗，提高了光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率；只需采用小容量、高可靠性的非電解電容，克服了由于采用電解電容而導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器壽命縮短、可靠性降低的缺點，提高了光伏并網(wǎng)逆變器的壽命和可靠性；降低了反激變換器中變壓器的峰值功率，減小了變壓器體積，有利于降低損耗，提高變換效率，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
文檔編號H02M7/501GKCN101841252 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201010173131
公開日2012年11月7日 申請日期2010年5月11日
發(fā)明者古俊銀, 吳紅飛 申請人:盈威力新能源科技(上海)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),