[发明专利]一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，特别是一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构及其应用。

背景技术

随着世界能源格局的变更，光伏发电日益成为各国深入研究、大力发展的热点，如何充分利用光伏阵列所转换的能量，提高光伏转换效率，一直是光伏系统研究的重要方向；现在主流的光伏逆变器多采用最大功率点跟踪技术（MPPT）来实现太阳能的充分利用，即使光伏阵列始终工作在此时外部环境下的最大功率点，以便最优化利用太阳能。

现在光伏电站主流的光伏逆变器直流输出交流电压多为270V或315V的低压系统，直流输入电压在950V以内，通常以500kW（或630kW）为一个单元组，若要实现MW级的容量则需要采用多套逆变器并联输出或输出到三绕组变压器；由于受到功率器件电流等级、电站线缆投入成本的限制，单级无隔离式500kW（或630kW）逆变器的启动电压一般为450V或500V，难以充分利用光伏阵列电压；现有逆变器输出电压一般为270V或315V系统，当大容量满功率甚至过载1.1倍的时候，电流很大，会导致过高的开关应力、电路损耗、电磁干扰，而且大电流等级给开关设备的选择带来困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构，能够实现大功率光伏逆变器的宽范围直流输入，提高了光伏阵列直流电压利用率，降低了电路功率损耗；提高了整套光伏系统的发电效率，减小交流输出电流和电缆截面，降低了电站初期投入成本，为电站创造更多效益；为后续大型风光互补的共直流并网系统提供了可能性。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构，包括直流母线、三相桥逆变器、滤波器和升压变压器，还包括三电平Boost升压电路，所述三电平Boost升压电路的正、负输入端分别接光伏阵列的正、负极，光伏阵列的直流电压输入三电平Boost升压电路后再依次经过三相桥逆变器、滤波器和升压变压器后以交流电压输出;

所述三电平Boost升压电路的正、负输入端分别连接有相互串联的第一、第二功率开关管及第一、第二直流支撑电容。

本发明还设计了一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构的应用方法，当光伏阵列的输出最佳电压低于525V时，则升压至第一、第二直流支撑电容，各为525V，每一个升压周期具体步骤如下：

（1）：第一、第二功率开关管均导通，给电感充电，导通时间由阵列电压闭环控制得出；

（2）：第二功率开关管导通，第一功率开关管关断，由电感给第一直流支撑电容充电，导通信号为上述的互补信号；

（3）：第一、第二功率开关管均导通，给电感充电，导通时间由阵列电压闭环控制得出；

（4）：第一功率开关管导通，第二功率开关管关断，由电感给第二直流支撑电容充电，导通信号为上述的互补信号；

并通过检测第一、第二直流支撑电容的电压来进行中性点电压平衡控制。

当光伏阵列输出最佳工作电压高于525V时，第一、第二功率开关管同时导通或者同时关断，等效于传统Boost电路，直接将输入电压升到1050V，此时每一个升压周期具体步骤如下：

第一、第二功率开关管同时导通，给电感储能充电，导通时间由阵列电压闭环控制得出；

第一、第二功率开关管均关断，由电感给第一、第二直流支撑电容整体充电，IGBT信号与上述相反。

通过检测第一、第二直流支撑电容的电压来进行中性点电压平衡控制。

本发明所设计的一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构，能够实现大功率光伏逆变器的宽范围直流输入，提高了光伏阵列直流电压利用率，降低了电路功率损耗；提高了整套光伏系统的发电效率，减小交流输出电流和电缆截面，降低了电站初期投入成本，为电站创造更多效益；为后续大型风光互补的共直流并网系统提供了可能性。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种高压交流输出光伏逆变器拓扑结构，包括直流母线、三相桥逆变器、滤波器和升压变压器，还包括三电平Boost升压电路，所述三电平Boost升压电路的正、负输入端分别接光伏阵列的正、负极，光伏阵列的直流电压输入三电平Boost升压电路后再依次经过三相桥逆变器、滤波器和升压变压器后以交流电压输出;

所述三电平Boost升压电路的正、负输入端分别连接有相互串联的第一、第二功率开关管及第一、第二直流支撑电容。

实施例2