[发明专利]一种提高LCL型并网逆变器抗浪涌能力的拓扑

说明书

本发明公开了一种提高LCL型并网逆变器抗浪涌能力的拓扑，包括第一浪涌防护单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元、直流母线单元和第二浪涌防护单元，拓扑中的第一级浪涌防护单元可在并网逆变器外接端口处，泻放掉一部分浪涌干扰，对于流入并网逆变器并造成LCL滤波器中滤波电容电压上升的浪涌干扰，通过第二级浪涌防护单元进行滤波电容电压钳位和干扰泻放，降低滤波电容与直流母线单元中的电容之间的电压差，减小流经逆变单元中功率开关器件的浪涌电流，从而提高LCL型并网逆变器的抗浪涌能力。

技术领域

本发明涉及并网逆变器领域，具体地涉及一种提高LCL型并网逆变器抗浪涌能力的拓扑。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的迅速崛起，并网逆变器开始越来越多地应用于光伏发电、风力发电、电能质量治理等领域。为了抑制逆变单元中功率器件高频开关所产生的高次谐波，减少谐波对公共电网的污染，滤波器已成为并网逆变器中必不可少的功能组件。其中，LCL滤波器因其滤波特性好、体积小、成本低等优点，被广泛应用于并网逆变器中。

并网逆变器所处的电网环境可能存在因雷击引起的浪涌或电气系统内部产生的操作浪涌，浪涌电压范围通常从近kV到几十kV，若不加以限制会导致并网逆变器损坏。为了提高可靠性和抗扰能力，并网逆变器所涉及的各应用领域通常会在标准中规定浪涌抗扰度要求。如：在光伏发电领域，国标GB/T 37408-2019《光伏发电并网逆变器技术要求》中要求光伏发电并网逆变器浪涌(冲击)抗扰度试验等级需满足GB/T 17626.5中所规定的的严酷度等级3级，即能够抗差模1kV、共模2kV的浪涌干扰；在电能质量治理领域，行标DL/T 1216-2019《低压静止无功发生装置技术规范》中要求低压静止无功发生装置浪涌(冲击)抗扰度试验等级需满足GB/T 17626.5中所规定的的严酷度等级4级，即能够抗差模2kV、共模4kV的浪涌干扰。

虽然绝大多数并网逆变器都能够满足国标或企标中对浪涌抗扰度的要求，但是因实际电网环境中的浪涌电压最大可达到几十kV，远超出标准中要求值，因而仍存在浪涌造成并网逆变器损坏的情况。为了提高产品可靠性和竞争力，通常厂家会高于标准进行抗浪涌设计。

传统的LCL型并网逆变器抗浪涌拓扑，通过在电网与LCL滤波器之间增加一级浪涌防护电路来实现对电网侧浪涌干扰的抑制，分流一部分的浪涌干扰，但是仍有一部分浪涌干扰会流入逆变器，经由网侧滤波电感为滤波电容充电，导致滤波电容电压同步增大甚至超过电网侧电压。

进一步，LCL滤波器上滤波电容电压增大，导致其与直流母线电压的压差增大，使流经逆变电感和功率开关器件的浪涌电流增大。

更进一步，若超出功率开关器件所能承受的抗浪涌电流能力，便会导致功率开关器件失效，进而导致并网逆变器故障。

特别地，当并网逆变器容量较小时，出于成本考虑，选用的功率开关器件的抗浪涌电流能力也会小，因而当承受的浪涌干扰较大时，更容易造成小容量并网逆变器故障。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种提高LCL型并网逆变器抗浪涌能力的拓扑，能够解决现有技术中因浪涌干扰增大，带来的LCL滤波器上滤波电容电压超过限值，进而导致流经功率开关器件的浪涌电流超过其抗浪涌电流能力，造成LCL型并网逆变器故障的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种提高LCL型并网逆变器抗浪涌能力的拓扑，包括第一浪涌防护单元、熔断保护单元、LCL滤波单元、逆变单元、直流母线单元和第二浪涌防护单元，其中，第一浪涌防护单元与熔断保护单元连接，且连接点接交流电网；第二浪涌防护单元与LCL滤波单元中的滤波电容连接；LCL滤波单元与逆变单元连接；逆变单元与直流母线单元连接。

进一步地，所述第一浪涌防护单元包括连接于电网相线与电网零线之间的第一浪涌防护组件和连接于电网零线与地之间的第二浪涌防护组件。

进一步地，所述第一浪涌防护组件为压敏电阻；所述第二浪涌防护组件为压敏电阻和气体放电管串联。