[发明专利]基于双开关频率调制的升压扩展型准Z源级联多电平光伏逆变器

说明书

本发明公开了一种基于双开关频率调制的升压扩展型准Z源级联多电平光伏逆变器，它由三个单级光伏发电模块级联并网组成，每个单级光伏发电模块包括光伏电池单元和升压扩展型准Z源逆变器单元，升压扩展型准Z源逆变器单元包括阻抗网络升压单元和交流逆变单元；阻抗网络升压单元由三个电感，四个电容和两个二极管组成；相比于传统的准Z源拓扑，升压扩展型准Z源网络具有更强的升压能力，其电压应用范围也更加广泛。针对该系统，发明了一种基于双开关频率调制的移相脉冲宽度幅值调制技术；该技术不仅可以减轻开关频率对开关损耗的影响，还可以保持一个紧凑的阻抗源网络，从而减小逆变器模块的体积，提高系统的功率。

本发明涉及光伏发电逆变器领域，特别涉及到一种基于双开关频率调制的升压扩展型准Z源级联多电平光伏逆变器。

背景技术

随着人类社会的发展，地球上的自然资源开始出现大量消耗，导致能源匮乏。因此大力开发清洁能源，提高能源的利用率是解决全球能源危机的主要途径。近年来，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源发电系统受到了越来越多的关注。其中太阳能是开发潜力最大，也是未来能够消除资源匮乏地区对化石能源依赖的能源，因此开发光伏发电系统已成为世界各国的经济发展战略之一。

光伏发电系统主要包括：光伏阵列、功率变换器、控制器、蓄电池组等部件，功率变换器在光伏发电系统中担负着重要角色，其可靠性需变换器的性能加以保证。功能变换器根据结构的不同，可分为单级式或两级式结构、有变压器或无变压器结构、两电平或多电平结构。多电平结构因其具有谐波含量低和在较低应力条件下使用半导体而备受关注，其主要的电路拓扑结构有：二极管箝位型多电平逆变器、飞跨电容箝位型多电平逆变器、级联H桥型多电平逆变器。

准Z源级联多电平逆变器在输入端和逆变桥之间加入阻抗网络，实现了单级升降压和逆变功能，同时还能克服传统级联H桥逆变器直流母线电压不平衡的问题。但传统的Z源和准Z源升压比一致，在调制策略中直通占空比与逆变桥调制度相互制约，因此都存在直流侧升压因子小、升压能力有限的缺点。故传统的Z源/准Z源不适合直接应用于低输入电压或宽变化范围输入电压的光伏等新能源发电领域。虽然移相正弦脉冲宽度调制以及空间矢量调制技术应用在升压扩展型准Z源级联多电平逆变器中具有诸多优点，但这些调制技术也将导致开关频繁动作，进而产生较高的开关损耗。因此，发展新型调制技术以减少开关损耗，提高系统效率，同时不影响输出电压波形质量成为了众多研究者们研究的重点。基于此，本发明针对一种新颖的升压扩展型准Z源逆变器拓扑提出双开关频率调制策略。

发明内容

为了解决以上问题，本发明针对升压扩展型准Z源级联多电平逆变器公开了一种比已有的调制策略功率损耗更小的双开关频率调制方法。双开关频率调制方法是将高频脉宽调制与低频正弦脉宽调制相结合，得到一个紧凑的阻抗源网络，减少了开关损耗，该方法消除了直通占空比与逆变器调制系数之间的相互依赖关系。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种升压扩展型准Z源级联多电平光伏逆变器，其特征在于：所述的并网发电系统由三个单级光伏发电模块级联并网组成；所述的每个单级光伏发电模块包括光伏电池单元和升压扩展型准Z源逆变器单元，所述的每个升压扩展型准Z源逆变器单元包括阻抗网络升压单元和交流逆变单元；其中阻抗网络升压单元由三个储能电感、四个储能电容和两个相同的二极管组成；交流逆变单元由四个IGBT连接为一个H桥逆变器；每两个单级光伏发电模块由导线相连；所述第一个升压扩展型准Z源光伏发电模块的H桥逆变器左臂中间通过滤波电感连接到电网一端，电网的另一端连接到第三个H桥逆变器右桥臂中间。与传统的准Z源逆变器相比，所述的升压扩展型准Z源逆变器具有更低的开关管电压应力，更强的升压能力。