[发明专利]一种高频光伏逆变器

说明书

技术领域

本发明属于逆变器领域，更具体的说涉及一种高频光伏逆变器。

背景技术

光伏并网发电系统主要由太阳能电池板、光伏逆变器和电网组成。光伏逆变器是连接太阳能电池板和电网的核心设备。用来控制太阳能电池板运行于最大功率点和向电网注入正弦电流的功能。

目前的光伏逆变器采用的拓扑结构分为无变压器隔离型和变压器隔离型。

无变压器隔离型光伏逆变器具有成本低、体积小、重量轻的优点，广泛应用在小功率发电系统的场合。但由于没有变压器隔离，太阳能电池板阵列和电网之间存在电气连接，严重时会危害人身安全。同时并网电流中的直流分量控制和漏电流实时监测等技术问题是该类逆变器需要面对的难题。

变压器隔离型光伏逆变器能够实现太阳能电池板与电网的电气隔离，容易与薄膜电池配合使用。该类型逆变器又可分为工频隔离型和高频隔离型。

工频隔离逆变器先通过DC/AC变换，将太阳电池直流电能转化为交流电能，然后通过工频变压器和电网相连，完成升压以及和电网的隔离。音频噪音大、体积大且笨重，转换效率低，这是工频隔离逆变器的主要缺点。

高频隔离逆变器先通过隔离DC/DC变换器将太阳电池的直流电升压转化为直流高压，然后通过逆变电路逆变输出，经低通滤波器后直接和电网相连。由于高频变压器的隔离作用，可以直接将逆变器的输出通过电感直接连接电网，大大减少了其设备体积和噪声，且提高了控制的灵活性。具有重量轻、体积小、成本低及太阳能电池板与电网隔离的优点。

高频隔离拓扑结构有正激式、反激式、推挽式、半桥式、全桥式。对于正激式、反激式、推挽式结构中，存在变压器单相偏磁，利用率低的问题；对于半桥式、全桥式，存在驱动电路复杂，上、下开关管直通的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高频光伏逆变器，该逆变器的拓扑结构能够实现太阳能电池板阵列与电网的电气隔离，并且控制简易，能量传输效率高。

本发明是通过以下技术方案来实现：一种高频光伏逆变器，包括前级高频隔离CUK电路和后级全桥逆变电路，该前级高频隔离CUK电路包括电感L1、开关管Q1、电容C1、变压器T1、电容C2、二极管D1、电感L2和电容C3，电感L1一端与输入电压Vpv相连，另一端与电容C1一端相连，电容C1另一端与变压器T1输入端相连，开关管Q1一端接入电感L1与电容C1之间，另一端分别与输入电压Vpv和变压器T1输入端相连，电容C2一端与变压器T1输出端相连，一端经电感L2后与输出电压Vdc相连，输出电压Vdc还与变压器T1 输出端相连，二极管D1一端接入电容C2与电感L2之间，另一端与变压器T1输出端相连，电容C3一端与输出电压Vdc相连，另一端与变压器T1输出端相连；后级全桥逆变电路包括上桥臂开关管Q2、Q3和下桥臂开关管Q4、Q5四个开关管以及分别对应连接在开关管Q2、Q3、Q4、Q5上的二极管D2、D3、D4、D5，输出电压Vdc之间接入有串联的开关管Q2、Q3和串联的开关管Q4、Q5，电感L3与电容C4串联后，电感L3接入开关管Q2、Q3之间，电容C4接入开关管Q4、Q5之间，电容C4上连接有交流电压，开关管Q1采用IGBT管，上桥臂开关管Q2、Q4采用IGBT管，下桥臂开关管Q3、Q5采用MOSFET管。

高频隔离CUK电路的输出电压Vdc与输入电压Vpv的关系为Vdc＝Vpv×D/n(1-D)，其中变压器的匝比n＝n1/n2(原边/副边)，脉冲占空比D＝ton/T，ton为导通时间，T为导通周期。

高频隔离CUK电路的开关管Q1的驱动信号为频率15KHz的方波信号，方波信号的占空比D与输入电压Vpv的大小成反比。

全桥逆变电路的上桥臂IGBT开关管Q2、Q4作为极性控制器，工作在工频50Hz，下桥臂的MOSFET开关管Q3、Q5进行高频切换，控制逆变输出的幅值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的高频光伏逆变器，具有驱动电路简单，传输效率高，体积小等优点，能够实现太阳能电池板与电网的电气隔离，具有体积小，重量轻的特点。可广泛应用在太阳能光伏并网发电系统中。且由于开关管无论在导通还是在截止期间，能量都能通过电感和电容传递到输出端，因此能量传输高。