[发明专利]基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器，是一种将耦合电感置于倍压整流侧，实现滤波、如开关、减少占空比丢失等功能的基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器，可用于模块型光伏系统中，还能用于其它新能源逆变环节中。

背景技术

新能源光伏发电技术是目前深受关注和大力发展的新兴产业。为了尽量提高太阳能电池板的效率、满足光伏发电产品设计灵活等要求，模块型光伏发电系统得到了越来越多的重视，成为光伏发电技术的发展趋势之一。

在模块型光伏发电系统中，每块太阳能电池板都配备有光伏变换器以直接输出满足负载需求的交流电，所述系统中的太阳能电池板并入和撤离系统都比较容易，能够实现即插即用，系统的设计比较灵活。由于在模块型光伏发电系统中单块太阳能电池板输出电压的等级低，因此，光伏变换器要具备升压和逆变两个功能，即光伏变换器的DC/DC级进行升压，DC/AC级输出交流电。目前，移相全桥电路是应用较多的DC/DC变换器，其结构简单，工作效率高，但是，它存在占空比丢失的问题。为了解决这一问题，现有的改进方法是，增加开关管等辅助电路，但这样一来结构就相对复杂了，所述系统的稳定性下降，增加了控制方法的复杂度，不仅增加了成本，而且实现起来难度非常大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器，能减少占空比丢失，保证滤波质量，实现DC/DC级移相全桥电路的软开关，通过移相的方式使开关管的反并联二极管续流，实现超前臂零电压开关。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

一种基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器，含有太阳能电池板、最大功率点跟踪电路、含有DC/DC移相全桥和 DC/AC逆变桥的光伏变换器、负载和蓄电池，所述太阳能电池板具备储能环节，经最大功率点跟踪电路后给蓄电池充电，再经光伏变换器升压和逆变，最终输出交流电给负载；其特征是，将耦合电感置于光伏变换器的DC/DC移相全桥的倍压整流侧，且在倍压整流二极管支路将两电感耦合，耦合系数可根据电气性能要求进行调整；耦合的电感同其后的倍压整流双电容支路构成双LC滤波电路，所用电容除倍压功能外还具有滤波功能；所述变压器的前级为全桥电路，采用移相控制方式，通过耦合电感的电流可折算至变压器原边电流，实现前级全桥电路的超前桥臂反并联二极管的续流功能，进而实现零电压关断，即耦合电感实现软开关功能；滞后桥臂续流时，通过电感耦合在此区间快速减少续流时间以减少占空比丢失，使耦合电感减少占空比丢失。

所述DC/DC移相全桥采用倍压整流电路以提高升压比，DC/DC级输出经SPWM调制的工频正弦半波电压，DC/AC逆变桥只需通过工频逆变桥对正弦半波电压进行翻转即可输出交流电（由于DC/AC逆变桥工作在工频，其控制简单且开关损耗可以忽略不计，因此可提高整体变换器的效率）。

本发明基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器的积极效果是：

（1）通过增加耦合电感，减少了占空比丢失现象，同传统的克服占空比丢失的方法相比，不用增加辅助电路，无需外加控制电路，减少了电路复杂度，增加了稳定性，结构更加紧凑； 

（2）耦合电感完成滤波功能，同倍压整流电容构成双LC滤波电路，使耦合电感和倍压整流电容都能完成两个或两个以上的功能，整个变换器能节省更多器件； 

（3）在前级全桥电路采用移相控制方法，耦合电感能实现超前桥臂开关管的零电压开通，减少了开关损耗，提高了效率； 

（4）变换器前级DC/DC采用正弦半波调制，后级只需就正弦半波翻转构成完整的正弦波形，后级的开关损耗低，控制简单；

（5）变换器整体只需增加一个耦合电感，结构简单、成本低、效率高、实现容易，可应用于光伏系统中，还可应用在其它新能源系统中。

附图说明

附图1 是本发明基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器的示意图；

附图2 是耦合电感的磁芯结构示意图；

附图3 是耦合电感的磁芯结构的磁路图；

附图4 是DC/DC级的高频工作波形图；

附图5 是开关模态1（t₀, t₁)的等效电路示意图；

附图6 是开关模态2（t₁, t₂)的等效电路示意图；

附图7 是开关模态3（t₂, t₃)的等效电路示意图；