一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，光伏阵列输出直流电经过直流侧分压电容C1和C2滤波，直流侧分压电容C1和C2上的电压通过3组开关单元控制送往直流悬浮电容C3和C4，直流悬浮电容C3和C4上的电压通过另3组开关单元控制送往交流侧滤波电感L1和L2；控制单元实时采集并网电压，直流侧分压电容C1和C2电压，直流悬浮电容C3和C4电压以及并网电流，控制单元输出驱动信号控制驱动6组开关单元中的各个碳化硅MOSFET器件导通或关断。具有功率等级高、输出波形质量好、开关损耗低等特点，提高了单相光伏并网逆变器的可靠性和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器
本技术涉及一种单相光伏并网逆变器，特别涉及一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器。
技术介绍
随着国家不断加大节能减排的力度，扶持清洁能源的发展，清洁能源装机容量在电网中的占比越来越高，其中光伏发电以其清洁、价廉的优势赢得了广阔的市场。单相光伏发电系统通过单相并网逆变器实现并网，目前，常用的单相并网逆变器拓扑大多以两电平或三电平拓扑为主。当单相并网逆变器采用两电平拓扑时，对于高压大功率应用场合，为了提高电压等级，通常需要串联多个功率开关器件，但这种拓扑谐波较大，性能不好，系统可靠性差。碳化硅MOSFET能承受的温度高，器件的开关速度快、导通损耗小，在相同的功率等级下，设备中功率器件的数量、散热器的体积、滤波元件体积都能大大减小，同时效率也有大幅度的提升。
技术实现思路
本技术是针对现有单相并网逆变器功率等级低、性能较差、通用性不好的问题，提出了一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，提高单相光伏并网逆变器的可靠性和效率。本技术的技术方案为：一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，包括相互连接的主回路单元和控制单元，光伏阵列输出直流电送入单相光伏并网逆变器主回路单元，单相光伏并网逆变器主回路单元输出单相交流电给负载供电，主回路单元包括并联在光伏阵列两端的两个直流侧串联分压电容C1和C2、6组由两个碳化硅MOSFET器件串联组成的开关单元、串联连接的两个直流悬浮电容C3和C4以及两个交流侧滤波电感L1和L2；光伏阵列输出直流电经过直流侧分压电容C1和C2滤波，分压电容C1和C2串接点作为逆变器一输出端点；3组开关单元一端分别接串联直流侧分压电容C1和C2的3个端点，对应此3组开关单元的另一端接串联直流悬浮电容C3和C4的3个端点；另3组开关单元一端分别接直流悬浮电容C3和C4的3个端点，对应此3组开关单元的另一端连接一起输出，输出接串联的两个交流侧滤波电感L1和L2；两交流侧滤波电感串接点作为逆变器的另一输出端点；直流侧分压电容C1和C2上的电压通过3组开关单元控制送往直流悬浮电容C3和C4，直流悬浮电容C3和C4上的电压通过另3组开关单元控制送往交流侧滤波电感L1和L2；控制单元实时采集并网电压，直流侧分压电容C1和C2电压，直流悬浮电容C3和C4电压以及并网电流，控制单元输出驱动信号控制驱动6组开关单元中的各个碳化硅MOSFET器件导通或关断。所述控制单元包括控制信号采集单元、控制算法实现单元和控制信号发出单元；控制信号采集单元包括电压传感器和电流传感器，电压传感器实时采集并网电压，直流侧分压电容C1和C2电压，直流悬浮电容C3和C4电压，电流传感器实时采集并网电流，控制信号采集单元输出采集的电压和电流信号送入控制算法实现单元；控制算法实现单元输出调制信号发送到控制信号发出单元，控制信号发出单元输出各个碳化硅MOSFET器件的驱动信号。所述电压传感器采用LEM公司生产的AV100-2000电压传感器；所述电流传感器采用LEM公司生产的LT508-S6型电流传感器。所述控制算法实现单元为数字信号处理器；所述控制信号发出单元为现场可编程门阵列芯片。本技术的有益效果在于：本技术基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，具有功率等级高、输出波形质量好、开关损耗低等特点，提高了单相光伏并网逆变器的可靠性和效率。附图说明图1为本技术基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器结构示意图；图2为本技术单相光伏并网逆变器第一工作状态示意图；图3为本技术单相光伏并网逆变器第二工作状态示意图；图4为本技术单相光伏并网逆变器第三工作状态示意图；图5为本技术单相光伏并网逆变器第四工作状态示意图；图6为本技术单相光伏并网逆变器第五工作状态示意图；图7为本技术单相光伏并网逆变器第六工作状态示意图；图8为本技术单相光伏并网逆变器第七工作状态示意图；图9为本技术单相光伏并网逆变器第八工作状态示意图；图10为本技术单相光伏并网逆变器第九工作状态示意图。具体实施方式如图1所示基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，包括相互连接的主回路单元1和控制单元4，光伏阵列2通过单相光伏并网逆变器主回路单元1将直流电逆变为单相交流电给负载3供电，主回路单元1包括并联在光伏阵列2两端的直流侧串联分压电容C1和C2、碳化硅MOSFET器件S11、S12、S13、S14、S15、S16、串联连接的直流悬浮电容C3和C4、碳化硅MOSFET器件S21、S22、S23、S24、S25、S26、交流侧滤波电感L1和L2。控制单元4包括依次连接的控制信号采集单元5、控制算法实现单元6和控制信号发出单元7。所述光伏阵列2通过光生伏特效应将太阳光能转化成直流电压，假设光伏阵列输出的直流电压为4U，直流电压经过直流侧分压电容C1和C2滤波，直流侧分压电容C1和C2分别承受电压2U，分压电容C1和C2串接点电压为0，作为逆变器一输出端点；6个碳化硅MOSFET器件S11、S12、S13、S14、S15、S16两两串联成3组，3组碳化硅MOSFET器件一端分别接串联直流侧分压电容C1和C2的3个端点，3组碳化硅MOSFET器件的另一端接串联直流悬浮电容C3和C4的3个端点，直流侧分压电容C1和C2上的电压通过碳化硅MOSFET器件S11、S12、S13、S14、S15、S16控制送往直流悬浮电容C3和C4，直流悬浮电容C3和C4分别承受电压U，6个碳化硅MOSFET器件S21、S22、S23、S24、S25、S26两两串联成3组，3组碳化硅MOSFET器件一端分别接直流悬浮电容C3和C4的3个端点，3组碳化硅MOSFET器件的另一端连接一起输出，输出接串联的交流侧滤波电感L1和L2，直流悬浮电容C3和C4上的电压通过碳化硅MOSFET器件S21、S22、S23、S24、S25、S26送往交流侧滤波电感L1和L2，输出电压有-2U、-U、0、U、2U五种电平。所述交流侧滤波电感L1和L2抑制电网不稳定时造成电流突变及不稳定对单相并网逆变器的影响，保护单相并网逆变器，同时可以改善单相并网逆变器的功率因数及抑制谐波电流，滤除谐波电压和谐波电流，改善电网质量。所述碳化硅MOSFET器件采用英飞凌公司生产的IMW120R030M1H器件。控制单元4包括控制信号采集单元5、控制算法实现单元6和控制信号发出单元7，通过数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现光储系统并网变流器的全数字化控制，采用电压、电流数字闭环和载波相移调制技术，控制信号采用光纤传输，实现了高低压隔离，提高了并网变流器的稳定性和可靠性。所述数字信号处理器(DSP)采用德州仪器公司生产的TMS320F28335型芯片；所述现场可编程门阵列芯片采用采用赛灵思公司生产的XC3S400-4PQG208C型芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，其特征在于，包括相互连接的主回路单元和控制单元，光伏阵列输出直流电送入单相光伏并网逆变器主回路单元，单相光伏并网逆变器主回路单元输出单相交流电给负载供电，主回路单元包括并联在光伏阵列两端的两个直流侧串联分压电容C1和C2、6组由两个碳化硅MOSFET器件串联组成的开关单元、串联连接的两个直流悬浮电容C3和C4以及两个交流侧滤波电感L1和L2；/n光伏阵列输出直流电经过直流侧分压电容C1和C2滤波，分压电容C1和C2串接点作为逆变器一输出端点；3组开关单元一端分别接串联直流侧分压电容C1和C2的3个端点，对应此3组开关单元的另一端接串联直流悬浮电容C3和C4的3个端点；另3组开关单元一端分别接直流悬浮电容C3和C4的3个端点，对应此3组开关单元的另一端连接一起输出，输出接串联的两个交流侧滤波电感L1和L2；两交流侧滤波电感串接点作为逆变器的另一输出端点；直流侧分压电容C1和C2上的电压通过3组开关单元控制送往直流悬浮电容C3和C4，直流悬浮电容C3和C4上的电压通过另3组开关单元控制送往交流侧滤波电感L1和L2；/n控制单元实时采集并网电压，直流侧分压电容C1和C2电压，直流悬浮电容C3和C4电压以及并网电流，控制单元输出驱动信号控制驱动6组开关单元中的各个碳化硅MOSFET器件导通或关断。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于碳化硅MOSFET的单相光伏并网逆变器，其特征在于，包括相互连接的主回路单元和控制单元，光伏阵列输出直流电送入单相光伏并网逆变器主回路单元，单相光伏并网逆变器主回路单元输出单相交流电给负载供电，主回路单元包括并联在光伏阵列两端的两个直流侧串联分压电容C1和C2、6组由两个碳化硅MOSFET器件串联组成的开关单元、串联连接的两个直流悬浮电容C3和C4以及两个交流侧滤波电感L1和L2；
光伏阵列输出直流电经过直流侧分压电容C1和C2滤波，分压电容C1和C2串接点作为逆变器一输出端点；3组开关单元一端分别接串联直流侧分压电容C1和C2的3个端点，对应此3组开关单元的另一端接串联直流悬浮电容C3和C4的3个端点；另3组开关单元一端分别接直流悬浮电容C3和C4的3个端点，对应此3组开关单元的另一端连接一起输出，输出接串联的两个交流侧滤波电感L1和L2；两交流侧滤波电感串接点作为逆变器的另一输出端点；直流侧分压电容C1和C2上的电压通过3组开关单元控制送往直流悬浮电容C3和C4，直流悬浮电容C3和C4上的电压通过另3组开关单元控制送往交流侧滤波电感L1和L2；
控制单元实时采集并网电压，直流侧分压电容C1和C2电压，直流悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进平，郝文清，魏红亮，刘娟娟，曹兴，张宇，高欣，胡昊，郑鑫，宋艳，耿新宇，
申请(专利权)人：山西潞安环保能源开发股份有限公司，上海理工大学，
类型：新型
国别省市：山西;14