一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构制造技术

本发明专利技术提出了一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，属于光伏逆变器领域。它包括输入端、中间支撑端和尾部端，输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An

【技术实现步骤摘要】
一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构


[0001]本专利技术属于光伏逆变器领域，特别是涉及一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构。

技术介绍

[0002]为了解决能源短缺的现状，实现绿色能源的发展目标，减少大气污染，实现能源发展的可持续性，世界各国已经开始大力开发以光伏、风能为代表的新能源发电系统。光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一，具有电力可扩展，安装简单，维护量少和模块化等优点。美洲、日本和德国较早的光伏产业发展一直走在世界前列，而中国的光伏产业近年来发展迅速，太阳能资源由于其取之不尽，用之不竭的特点已经被世界各国所开发利用。从光伏资源分布的普遍性、环境保护的发展、光伏技术的可靠性来看，光伏发电比其它可再生能源更具有优越性，而且各国对光伏产业的利好政策也将推动光伏发电在未来迅速发展。
[0003]我国光伏应用市场稳步增长，装机量、发电量均不断提高，但是光伏发电量占全国总发电量比仅为3.5％。目前，光伏已全面进入平价上网时代，不断降本增效是光伏发展的必然要求，而提高光伏电站系统电压则是一个可行路径。现有光伏逆变设备，直流输入电压等级在1500V以内，交流输出电压等级在800V以内，通过工频升压变压器接入电网。
[0004]受制于组件耐压等级，目前光伏系统电压等级难以进一步提升，不利于系统的提效降本。使用电气隔离型逆变器可以实现光伏系统光伏组串侧和电流汇集侧电压的解耦，在不提升光伏组件耐压等级的前提下在电流汇集侧实现3000V及以上传输。逆变器输出测可以通过直接级联升压(柔性升压)至35kV及以上电压等级，替代工频变压器。使用这些技术可提升逆变器工作电压，降低电流，减小损耗，减小线缆投入；此外相同容量电站所需并网点更少，从而减少变压器数量和中高压线缆用量，可进一步降低系统成本。
[0005]目前隔离型光伏逆变器一般采用三级的级联多电平结构，其电路拓扑如图1所示，第一级非隔离型DC/DC变换器实现对光伏组串最大功率跟踪，第二级DC/DC变换器实现光伏逆变器的电气隔离与直流电压变换，第三级的DC/AC逆变器实现逆变器电压并网运行，各级结构功能简单，隔离型光伏逆变器具有较好的发电量和发电质量。
[0006]但是，尽管隔离型光伏逆变器具有着非常美好的前景，但在实际的工程中还存在着诸多问题。目前相对突出的问题或需求在于：
[0007]1)传统光伏逆变器成本问题。传统H桥级联型多电平逆变器，由若干个全桥模块串联而成，能实现更高电压和更高功率的输出，在中高压变频系统、输电系统等领域有广泛的应用前景，级联多电平逆变输出具有谐波含量低、开关损耗小、容易级联等诸多优点。但也存在一些问题。其中一个最大的缺点就是需要数量巨大的电力电子开关器件，并且每个开关器件都需要一个与之相关的门极驱动电路和保护电路，导致整个系统非常昂贵和复杂。因此，级联多电平逆变器在输出相同电平数电压时，减少所用开关器件的数目有利于拓扑结构的简洁高效。
[0008]2)中压直挂式光伏变流装置自适应控制。受到制造技术的限制，电压等级、功率等级要求越高，电力电子器件开关频率反而越低。为适应高压大功率场合，通常将开关管进行串并联，但这样会引发的开关管的均压等问题。若直接采用传统的两电平逆变器，则需要对逆变器进行串并联，但如何实现开关器件的同时触发、保证各逆变器所承担电流的平衡成为棘手的问题。因此探求更适合高压大功率领域应用的逆变器结构成为目前中高压光伏并网逆变器领域的主要研究内容。模块化多电平换流器通过将多个子模块进行串联，实现电压和功率的拓展，在诸多高压大功率逆变器拓扑中脱颖而出。但由于模块化多电平逆变器自身存在的均压、环流、故障容错等问题，使其控制复杂，应用并不广泛。
[0009]3)柔性升压光伏系统容错控制问题。对于H桥单元级联数较多的系统，开关管数量成倍增长，每一个开关管都是潜在的故障点，失效率相对较高，因此整个系统发生开关管故障的概率也相应提高。若某H桥单元的开关管出现短路故障，当其互补管导通时便会形成直流侧电容经桥臂直通现象，电容电压快速释放，此时会在桥臂激起较大电流，严重时会烧坏管子或线路，进而导致系统崩溃；若某H桥单元的开关管出现开路故障，则会使该单元的输出能力减弱，故障所在相的输出电平数降低，并网电流对称性被破坏，故障程度较大时甚至会导致逆变器停机。

技术实现思路

[0010]本专利技术为了解决现有技术中的问题，提出一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，它包括输入端、中间支撑端和尾部端，所述输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，所述中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An
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1、第二中间支撑端B1～Bn
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1和第三中间支撑端C1～Cn
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1，所述尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，所述第一输入端A0与A相输出线相连，所述第二输入端B0与B相输出线相连，所述第三输入端C0与C相输出线相连，所述第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An
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1和第一尾部端An依次相连，所述第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn
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1和第二尾部端Bn依次相连，所述第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn
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1和第三尾部端Cn依次相连，所述输入端的电路结构拓扑采用级联三相半桥逆变电路，所述中间支撑端和尾部端的电路采用X拓扑结构型式或Y拓扑结构型式。
[0012]更进一步的，所述级联三相半桥逆变电路包括三个光伏组串、三个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6c和续流二极管D1a～D6c，三个光伏组串分别与三个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6a、Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成三个三相半桥电路，三个三相半桥电路分别与三个DC/DC变换电路相连，三个三相半桥电路相互级联，级联三相半桥逆变电路产生三个输出端，输出端上设置有滤波电路。
[0013]更进一步的，所述第一输入端A0中的A01与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，A02与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，A03与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应；所述第二输入端B0中的B01与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，B02与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，B03与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应；所述第三输入端C0中的C01与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，C02与级联三相半桥逆变电路的输
出端1对应，C03与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应。
[0014]更进一步的，所述第一中间支撑端A1～An
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1和第一尾部端An采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1b～Q6c和续流二极管D1b～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1b～Q6b和D1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：它包括输入端、中间支撑端和尾部端，所述输入端包括第一输入端A0、第二输入端B0和第三输入端C0，所述中间支撑端包括第一中间支撑端A1～An
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1、第二中间支撑端B1～Bn
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1和第三中间支撑端C1～Cn
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1，所述尾部端包括第一尾部端An、第二尾部端Bn和第三尾部端Cn，所述第一输入端A0与A相输出线相连，所述第二输入端B0与B相输出线相连，所述第三输入端C0与C相输出线相连，所述第一输入端A0、第一中间支撑端A1～An
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1和第一尾部端An依次相连，所述第二输入端B0、第二中间支撑端B1～Bn
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1和第二尾部端Bn依次相连，所述第三输入端C0、第三中间支撑端C1～Cn
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1和第三尾部端Cn依次相连，所述输入端的电路结构拓扑采用级联三相半桥逆变电路，所述中间支撑端和尾部端的电路采用X拓扑结构型式或Y拓扑结构型式。2.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述级联三相半桥逆变电路包括三个光伏组串、三个DC/DC变换电路、全控型器件Q1a～Q6c和续流二极管D1a～D6c，三个光伏组串分别与三个DC/DC变换电路相连，Q1a～Q6a和D1a～D6a、Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成三个三相半桥电路，三个三相半桥电路分别与三个DC/DC变换电路相连，三个三相半桥电路相互级联，级联三相半桥逆变电路产生三个输出端，输出端上设置有滤波电路。3.根据权利要求2所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第一输入端A0中的A01与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，A02与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，A03与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应；所述第二输入端B0中的B01与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应，B02与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，B03与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应；所述第三输入端C0中的C01与级联三相半桥逆变电路的输出端3对应，C02与级联三相半桥逆变电路的输出端1对应，C03与级联三相半桥逆变电路的输出端2对应。4.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第一中间支撑端A1～An
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1和第一尾部端An采用的X拓扑结构型式包括两个光伏组串、两个DC/DC变换电路、全控型器件Q1b～Q6c和续流二极管D1b～D6c，两个光伏组串分别与两个DC/DC变换电路相连，Q1b～Q6b和D1b～D6b及Q1c～Q6c和D1c～D6c分别组成两个三相半桥电路，两个三相半桥电路分别与两个DC/DC变换电路相连，两个三相半桥电路相互级联，形成三相级联电路1并产生四个输出端，所述第一中间支撑端A1～An
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1和第一尾部端An中An1对应三相级联电路1中的输出端1，An2对应三相级联电路1中的输出端4，An3对应三相级联电路1中的输出端2，An4对应三相级联电路1中的输出端3。5.根据权利要求1所述的一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器拓扑结构，其特征在于：所述第二中间支撑端B1～Bn
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1和第二尾部端B...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆波，蔡蔚，孙天奎，高晗璎，周明浩，杨永喜，孙东阳，王立坤，侯仕强，李盟，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：