本实用新型专利技术涉及一种逆变器，具体涉及一种单相七电平逆变器及光伏发电装置，包括6个功率开关器件S1-S6；该单相七电平逆变器具有对称性，其输入端分布在左右两侧且分别与输入电源相连，输出端连接在交流负载的两端，正常工作模式下单相七电平逆变器输出到交流负载(6)两端的电压呈七电平形式，在某一端输入电源故障情况下可运行在单相H桥模式，输出到交流负载(6)两端的电压呈两电平形式。本实用新型专利技术体积小，静态投资少，逆变器中的功率开关器件无需设置死区保护时间，电能质量更高。同时，装置具有自动容错运行能力，当某一端光伏阵列输入出现故障后，可自动运行在单相H桥模式，大大提高了负载的供电可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种逆变器，具体涉及一种单相七电平逆变器及光伏发电装置。
技术介绍
随着能源危机的出现和科技的进步，新能源的利用和研究得到了迅速发展，其中太阳能资源分布广泛，取之不竭且无污染是目前最具前景的新能源之一。尤其在一些边远山区和海岛、牧场等地，光伏发电是居民用电的首要选择，而且近年来伴随着国家政策的支持，越来越多的屋顶光伏发电项目应运而生。目前，市场上广泛采用的单相光伏发电逆变装置输出电平数低，功率开关器件设置死区保护时间导致输出电能质量差，需要增加额外的无源滤波装置，由于中小功率场合光伏阵列输出电压低，需要在输出侧增加升压逆变器，装置体积大，可靠性低。
技术实现思路
为解决上述存在的不足，本技术提供一种单相七电平逆变器及光伏发电装置，具体技术方案如下：一种单相七电平逆变器，所述单相七电平逆变器包括6个功率开关器件S1-S6；该单相七电平逆变器具有对称性，其输入端分布在左右两侧且分别与输入电源相连，输出端连接在交流负载的两端，正常工作模式下单相七电平逆变器输出到交流负载两端的电压呈七电平形式，在某一端输入电源故障情况下可运行在单相H桥模式，输出到交流负载两端的电压呈两电平形式。一种运用上述单相七电平逆变器的光伏发电装置，包括：PV1光伏电池阵列、PV1阵列升压电路、单相七电平逆变器、PV2阵列升压电路、PV2光伏电池阵列、交流负载、CPU控制器、电压检测单元和隔离驱动单元，所述PV1光伏电池阵列和PV2光伏电池阵列作为装置的输入直流电源，分别通过PV1阵列升压电路和PV2阵列升压电路与单相七电平逆变器的输入端相连，单相七电平逆变器将升压后的直流电逆变成交流电供交流负载使用，电压检测单元分别采集PV1光伏电池阵列、PV1阵列升压电路、PV2阵列升压电路、PV2光伏电池阵列的输出电压信号并传给CPU控制器，CPU控制器通过隔离驱动单元输出8路PWM信号控制PV1阵列升压电路、单相七电平逆变器和PV2阵列升压电路中的功率开关器件的导通和关断。优选的，所述的PV1阵列升压电路由功率开关器件Sf、2个二极管Df1、Df2、以及电感Lf、电容Cf、电阻Rf组成，配合单相七电平逆变器中的功率开关的直通状态可以实现对光伏电池阵列的升压输出，且逆变电路中无需设置死区时间，所述PV2阵列升压电路具有PV1阵列升压电路的对称结构，二者输出直流电压极性相反。优选的，所述CPU型号为TMS320F28335，功率器件为IGBT，隔离驱动单元采用HCPL-316J芯片及其外围处理电路，电压检测单元采用AVS400-SD-420E交流电压互感器及其外围处理电路。本技术相对于现有技术具有以下有益效果：仅用6个功率器件实现单相七电平交流电压输出，输出电压电平数是普通单相逆变器的3倍以上，采用直流升压电路可实现小功率光伏电池的直接升压逆变，无需输出侧升压变压器，体积小，静态投资少，逆变器中的功率开关器件无需设置死区保护时间，电能质量更高。同时，装置具有自动容错运行能力，当某一端光伏阵列输入出现故障后，可自动运行在单相H桥模式，大大提高了负载的供电可靠性。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术装置的电路结构图；图2为单相七电平逆变器开关导通状态图；图3为功率开关器件驱动单元电路图；图4为电压检测及其外围处理电路图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例1:本实施方式中，结合图1，说明本技术中的单相七电平逆变器3的工作原理。定义PV1光伏电池阵列1输出电压为Vgf，PV1阵列升压电路2输出为Vf0，PV2光伏电池阵列5输出电压为Vgt，PV2阵列升压电路4输出为Vt0，交流负载6两端电压为V0，本实施例中，电压检测单元包括：PV1电压检测单元8、Vf0电压检测单元9、Vt0电压检测单元11和PV2电压检测单元12，按照逆变器3中六个功率开关器件S1-S6的不同状态，可以得到负载端输出电压V0呈现七种状态，如图2所示。由于PV1阵列升压电路2和PV2阵列升压电路4具有对称结构，下面以前者为例分析其升压工作原理。初始状态下PV1阵列升压电路2中电容Cf两端电压等于光伏电池的输出电压Vgf，流过电感Lf的电流为零。在直通状态下，即Sf、S1、S2导通，二极管Df1、Df2反偏，光伏电池PV1和电容Cf对电感Lf充电，电感Lf两端电压为VLf＝Vgf+Vf0，在非直通状态下，二极管Df1、Df2导通，电感Lf放电，此时电感两端电压为VLf＝Vgf-Vf0。稳态运行情况下，根据一个周期内电感两端伏秒平衡原则，可以得到升压系数B＝Vf0/Vgf＝1/(1-2D)，其中D为导通占空比。当0<D<0.5时，输出电压均具有升压效果，本实施方式中取D＝0.45，即升压系数B＝10，交流负载两端电压峰值可达到十倍的光伏阵列输出电压。另外，取Vgt＝2Vgf时，交流负载端电压呈现0、±10Vgf、±20Vgf、±30Vgf这七种电平。由于装置采用两端光伏阵列供电，当某一端光伏阵列出现故障后，S5、S6恒导通，装置运行在单相H桥模式，同时调整导通占空比，仍可实现单相逆变为负载供电，提高了供电可靠性。实施例2:本实施方式中，结合图3，说明本技术装置中功率器件的隔离驱动和保护功能。DSP控制系统输出PWM脉冲通过HCPL-316J驱动IGBT，并实现过流、欠压保护和故障反馈功能。PWM脉冲由VIN+输入通过芯片内光耦隔离放大后得到功率管的驱动信号，并由引脚VOUT进行输出。FAULT为故障信息输出端，在IGBT处于过流状态时，CBLANK显示了由故障信号发出到保护响应的时间，从而躲开了VCE的减小时间。如果电路发生故障，HCPL-316J将自动关断IGBT，并向控制系统发出故障信号，控制器封锁输出。当故障排除后，通过对RESET端置低电平来复位HCPL-316J。图中C3主要起充电延时作用，当系统启动芯片开始工作时，因为IGBT的集电极端电压(Vc)远大于7V，如果没有C3，将会引起短路故障信号的误产生，从而屏蔽输出信号。当芯片处于正常工作状态下，如果Vc突然升高，此后立即恢复，如果没有C3，同样也会引起错误的故障信号，致使功率器件误关断。实施例3:本实施方式中，结合图4，说明本技术装置中电压检测及其外围处理电路工作过程。AVS400-SD-420E交流电压互感器，测量电压范围为0-400V本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单相七电平逆变器，其特征在于，所述单相七电平逆变器(3)包括6个功率开关器件S1‑S6；该单相七电平逆变器具有对称性，其输入端分布在左右两侧且分别与输入电源相连，输出端连接在交流负载的两端，正常工作模式下单相七电平逆变器输出到交流负载(6)两端的电压呈七电平形式，在某一端输入电源故障情况下可运行在单相H桥模式，输出到交流负载(6)两端的电压呈两电平形式。
【技术特征摘要】
1.一种单相七电平逆变器，其特征在于，所述单相七电平逆变器(3)包括6个功率开关器件S1-S6；该单相七电平逆变器具有对称性，其输入端分布在左右两侧且分别与输入电源相连，输出端连接在交流负载的两端，正常工作模式下单相七电平逆变器输出到交流负载(6)两端的电压呈七电平形式，在某一端输入电源故障情况下可运行在单相H桥模式，输出到交流负载(6)两端的电压呈两电平形式。
2.一种运用权利要求1所述的单相七电平逆变器的光伏发电装置，其特征在于，包括：PV1光伏电池阵列(1)、PV1阵列升压电路(2)、单相七电平逆变器(3)、PV2阵列升压电路(4)、PV2光伏电池阵列(5)、交流负载(6)、CPU控制器(7)、电压检测单元和隔离驱动单元(10)，所述PV1光伏电池阵列(1)和PV2光伏电池阵列(5)作为装置的输入直流电源，分别通过PV1阵列升压电路(2)和PV2阵列升压电路(4)与单相七电平逆变器(3)的输入端相连，单相七电平逆变器(3)将升压后的直流电逆变成交流电供交流负载(6)使用，电压检测单元分别采集PV1光伏电池阵列(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静，董苏，王戴木，王峰，韩波，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：新型
国别省市：安徽;34
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