[发明专利]用于太阳能并网发电的单级可升压三相反激逆变器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，尤其涉及一种用于太阳能并网发电的单级可升压三相反激逆变器。

背景技术

作为一种取之不尽、用之不竭的新能源，太阳能的开发利用已经引起了世界各国广泛关注，并且正在获得巨大的社会效益与经济效益。在光伏发电系统中，并网逆变器是其中的核心部分，随着人们对于太阳能发电研究的不断深入，并网逆变器的发展也是日新月异，并且已经开始逐步由最初的集中型逆变器与单支路、多支路型逆变器向交流模块逆变器发展。交流模块逆变器具有可以各模块独立进行最大功率点跟踪、即插即用、扩建方便和易于批量生产以降低成本等优点，因此它已经成为现在光伏并网逆变器的研究热点。

在以往的中大功率系统中，三相全桥式逆变器获得了广泛的使用。如图1所示，该逆变器结构采用共6个开关管组成三相逆变桥，通过对6个开关管的开端控制实现DC/AC变换，再经过滤波电路获取所需三相交流电。

虽然该电路结构实现较为简便，但是却存在几个缺点：首先由于直流侧电压不高，而该逆变器结构不能对输出电压幅值进行很好的控制，不具备升压功能，因此经过逆变之后的交流电压也不会很高，这样就达不到并网要求，从而在逆变器之后还需要连接变压器才能将所得交流电并入电网；其次，为了防止同一桥臂的两个开关管发生直通现象，必须在开关动作期间插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差不但增加了系统损耗，还可能造成系统失稳；此外，普通的三相全桥式逆变器也不具备电气隔离的特点，因此系统的安全性能有待提高。因此，就需要一种新的逆变器电路来解决以上所述问题。

发明内容

本发明旨在提供一种用于太阳能并网发电的单级可升压三相反激逆变器主电路拓扑，并且它解决了传统三相全桥式逆变器不能升压、会出现直通现象、没有电气隔离等问题。

为了实现上述目的，本发明在传统三相全桥式逆变器的基础上提出了一种新型的反激逆变器电路结构。本发明中利用三绕组高频变压器作为隔离与储能元件，变比为1：n：n。一次侧部分由一个与太阳能电池板并联的电容与一个与变压器一次绕组串联的开关管组成，其中电容起到解耦与储能的作用。二次侧部分包括六个分别配有一个二极管的开关管和一个低通滤波器，六个开关管类似于传统三相全桥式逆变器组成三组桥臂，产生对称三相电流并将反激变换器中的储能向电网侧输送，而低通滤波器则可以减少输出的谐波分量以提高电能质量，另外二次侧引入一个电感作为电网线路阻抗。

由于本发明引进反激逆变器技术，其中的三绕组高频变压器可以起到电气隔离的作用，同时又可以对输入电压进行升压，从而达到电网对电压幅值的要求。另外，从本发明的电路原理图中还可以看出，本发明逆变器在运行的过程中不会发生直通现象，从而不用像传统三相全桥式逆变器那样加入死区时间，因此更好地保证了输出电压的质量。

附图说明

图1为本发明所述的用于太阳能并网发电的单级可升压三相反激逆变器电路拓扑结构图；

图2为传统三相全桥式逆变器电路拓扑结构图；

图3为本发明所述逆变器工作时的PWM序列波形图；

图4为本发明所述逆变器工作时的初级电流与次级A相电流波形对比图；

图5为本发明所述逆变器工作时各个状态下等效电路图，其中深色部分为导通，浅色部分为断开。

具体实施例

为了使本发明的实现方式及技术手段更加利于理解，下面结合具体图示具体说明。

如图3所示为运行时逆变器中的各个部分的电流与电压波形图。由电网侧电压波形，我们可以整流出与之相位、频率完全相同的三相电压波形，如电网侧A相电压为则取整流之后的信号为|M sin ωt|、将其与一个固定的锯齿波调制信号进行比较，根据比较结果可以得出直流侧开关脉冲宽度，如图3(a)、(b)、(c)所示，这里E_m是电网电压幅值，ω是电网电压角频率，M为PWM信号的调制系数(0＜M＜1)。对于交流侧开关管，当对应的电网侧相电压电势大于0时，导通以传递电能。相反的，当相电压电势小于0时导通。按顺序依次选择交流侧导通开关后，经过调制的直流侧高频断续电流通过反激变换器的二次绕组传递到交流侧，并且最终经过低通滤波器变成三相正弦输出电流。由此可见，本发明中的逆变器可以通过直流侧开关管的PWM方式直接控制输出三相电流波形。