高效率光伏逆变器制造技术

本发明专利技术涉及一种高效率光伏逆变器。一种光伏（ＰＶ）逆变器（３０）包括：单个ＤＣ向ＡＣ变换器，其被配置来对于大于所连接的电网的瞬时电压加变换器裕量的ＰＶ阵列电压等级，仅仅在降压模式下运行，并且被进一步配置来对于小于所述所连接的电网瞬时电压的ＰＶ阵列电压等级加裕量，仅仅在升压模式下运行，使得所述ＰＶ逆变器（３０）响应于所述可用的ＰＶ阵列（１２）功率而产生整流的正弦波电流（３２），并且进一步使得所述ＰＶ逆变器（３０）响应于所述整流的正弦波电流（３２）而产生公用电网（１４）电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及电子功率变换，具体上涉及很高变换效率的、并 网的、单相光伏(PV)逆变器。
技术介绍
光伏(PV)电池产生直流(DC)功率，并且DC电流的等级依赖于太阳 辐照，并且DC电压的等级依赖于温度。当期望交流电(AC)功率时，使 用逆变器来将DC能量变换为AC能量。典型的PV逆变器使用两个级 来用于功率处理，第一级被配置来用于提供不变的DC电压，第二级被 配置来用于将不变的DC电压变换为AC电流。经常地，第一级包括升 压变换器，第二级包括单相或者三相逆变器系统。两级逆变器的效率是 影响PV系统性能的重要参数，并且是各个级效率的乘积，每个级典型 地导致系统损耗的一半。单相光伏逆变器一般要求两级变换功率电路，用于将PV阵列的变 化的DC电压变换为电网的固定频率的AC电压。传统的PV逆变器使 用DC链路来作为中间的能量存储级，这意味着变换器首先将稳定的DC 电压变换为可以净皮注入到电网内的电流。传统的单相PV逆变器也不合需要地使用多个，即5个，开关器件 以固定开关频率来控制功率电路，所述开关器件对整体的开关损耗有贡 献。当使用传统的PV逆变器时，通过将开关频率保持为低，将开关损 耗典型地保持得尽可能低。具有优点和益处的是，提供一种与居住有关的光伏逆变器，其使用 比传统的PV逆变器所使用的更少的高频开关器件。如果PV逆变器可 以使用自适应数字控制技术来保证PV逆变器总是运行在峰值效率，则 更具有优点。
技术实现思路
简而言之，根据一个实施例， 一种光伏(PV)逆变器包括降压变换器，其被配置来响应于可用的PV阵列功率驱动的电压加变换器运行裕量，每当其大于公用电网电压时，产生整流的正弦波电流； 以及电;危展开电^各(current unfolding circuit),其^J己置来响应于所述 整流的正弦波电流而向所述〃〉用电网内注入电;克。根据另一个实施例， 一种光伏(PV)逆变器包括单个DC向AC变 换器，其被配置来对于大于所连接的公用电网的瞬时电压加变换器运行 裕量的PV阵列电压等级，在降压模式下运行，并且进一步被配置来对 于小于所述所连接的公用电网电压的PV阵列电压等级加裕量，在升压 模式下运行，使得所述PV逆变器响应于所述可用的PV阵列功率而产 生整流的正弦波电流，并且进一步使得所述PV逆变器响应于所述整流 的正弦波电流而产生公用电网电流。根据另一个实施例， 一种光伏(PV)逆变器^f皮配置来当瞬时公用电网 电压减去变换器运行裕量小于PV阵列电压时，作为降压变换器运行， 并且当所述瞬时公用电网电压减去变换器运行裕量大于所述PV阵列电 压时，作为升压变换器运行。附图说明当参考附图阅读下面的详细说明时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，其中，在全部附图内，类似的字符表示类似的部分，其中图1图解了本领域已知的光伏逆变器拓朴；图2图解了根据本专利技术的一个实施例的光伏逆变器拓朴；图3是图解根据本专利技术的一个实施例的光伏逆变器硬开关拓朴的仿真逆变器性能的图4是图解用于实现在图3内描绘的仿真逆变器性能的降压升压工作周期的图5图解了根据本专利技术的另一个实施例的、包括波紋电流消除电路 的光伏逆变器拓朴。虽然上述附图给出了替代实施例，但是也可以预期本专利技术的其他实 施例，如在讨论内所述。就一切情况而论，本7>开通过陈述而不是限制， 提供了本专利技术的说明性的实施例。本领域内的技术人员可以设计多个其5他修改和实施例，它们落在本专利技术的原理的范围和精神内。 具体实施例方式图1图解了在本领域内公知的光伏逆变器10的拓朴。光伏逆变器IO使用两级功率电路，以将PV阵列12的变化的DC电压转换为电网 14的固定频率AC电压。光伏逆变器10使用DC链路16来实现中间的 能量存储级。这意味着PV逆变器IO首先将不稳定的PVDC电压18经 由升压变换器变换为大于电网电压的稳定的DC电压20，随后将稳定的 DC电压20经由PWM电路24变换为随后可以被注入到电网14内的电 流22。光伏逆变器IO拓朴使用5个开关器件44、 46、 48、 50、 52,它 们在高频下开关，并且不合需要地对两级变换器的整体开关损耗做出贡 献。图2图解了根据本专利技术的一个实施例的光伏逆变器30硬开关拓朴。 光伏逆变器30拓朴克服了使用诸如参考图1上述的DC链路来实现中间 的能量存储级的必要，因为PV逆变器30拓朴将PV阵列12电压直接 变换为等同于整流的电网电流的电流32。这个特征的实现是通过使用大 电容34来使PV阵列12增强稳性(stiffen ),从而有效地将DC链路转 移到PV阵列12。随后的逆变器级36仅仅需要将电流32展开(unfold) 到电网14内，并且这样做没有开关损耗。因此，与具有诸如图1内所 描绘的具有开关损耗的5个开关器件44、 46、 48、 50、 52的传统变换 器相比，第一级40是具有来自单个器件42的开关损耗的仅有的级。光 伏逆变器30被配置来通过对器件54、 56进行开关并且将器件40保持 为接通来在低输入电压下在升压模式下运行，由此消除它的开关损耗， 因此器件54和56是仅在这个升压模式期间对开关损耗做出贡献的仅有 器件。作为进一步的说明，光伏逆变器30当它在下面进一步详细说明的 降压模式下运行时，使用单个高速开关42。光伏逆变器30当它在下面 详细说明的升压模式下运行时，也使用一对高速开关54、 56。诸如参考图1上述的传统逆变器使用固定的开关频率来控制功率电 路。本专利技术人认识到当变换效率很高时，可以通过使用自适应数字控制 技术来获得改进。因此，可以使用自适应数字控制器，其调节开关频率 来补偿对于各种运行条件和温度的半导体器件42、 54、 56和电感器58性能的改变，以便获得尽可能高的变换效率。作为总结说明，光伏逆变器30拓朴有益地通过大大减少在任何时间点将在高频下进行开关的功率电子器件的数量而起作用。这个特征提 供了另外的益处，这是由于与可以被选择来实现逆变器系统的较慢器件 相关联的较低导通损耗而产生的。在图2内所描绘的从电源到公共设施的串联路径也具有最少可能数 量的组件来将导通损耗保持为低。与在图2内所示的光伏逆变器30相 比，在图1内所示的光伏逆变器IO使用三个开关和串联的两个电感器， 图2内所示的光伏逆变器30具有三个开关和仅仅一个电感器58,该三 个开关其中之一被优化以产生很低的导通损耗。经由诸如如上所述的大电容34而使光伏阵列源12增强稳性。这个 大电容34有益地不损害系统的安全方面，因为PV源12是限流的。第一级降压变换器40被附接到电容器34，第一级降压变换器40在 主电感器58内产生全波整流的正弦波电流。这个电流然后通过连接到 PV逆变器30的输出的全桥逆变器36被展开到电网14内。发现只要PV源电压保持得比电网电压高，PV逆变器30拓朴则 提供适合的工作结果。在PV源12电压小于电网14电压的情况下，则 PV逆变器30的运行被配置来保证在主电感器58内的电流总是从PV源 12流向电网14。其是通过持续地接通降压开关42，并且使用传统的脉 宽调制(PWM)技术来高频开关全桥逆变器36的两个低侧器件54、 56来 实现的。因此当PV源12电压小于电网14电压时，PV逆变器30在升 压模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏（ＰＶ）逆变器（３０），包括：　降压变换器（４０），该降压变换器（４０）被配置来响应于可用的ＰＶ阵列（１２）功率和公用电网（１４）电压，产生整流的正弦波电流（３２）；以及　电流展开电路（３６），该电流展开电路（３６）被配 置来每当所述ＰＶ阵列（１２）电压加变换器（４０）运行裕量大于所述公用电网（１４）电压时，响应于所述整流的正弦波电流（３２），控制被注入到公用电网（１４）内的电流。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA德鲁伊，JS格拉泽，RL施泰格瓦德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]